FR2728526A1 - Dispositif et procede de suppression des variations brutales de pression dans les vehicules - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un dispositif de suppression des variations brutales de pression dans un véhicule climatisé ou ventilé, le véhicule comprenant: -un orifice d'entrée (3) de l'air extérieur et un orifice de sortie (5) de l'air intérieur, l'orifice d'entrée étant connecté à un conduit d'aspiration (2) dirigeant l'air aspiré vers le système de climatisation ou de ventilation, l'orifice de sortie étant connecté à un conduit (4) rejetant l'air intérieur vers l'extérieur; - des moyens d'obturation (6, 7) des conduits d'aspiration (2) et de rejet (4); - un organe de contrôle (14) recevant les signaux du détecteur; et - des moyens de détection (16, 17) de la pression externe Pe et interne Pi du véhicule délivrant des signaux représentatifs de cette onde de pression.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE DE SUPPRESSION DES VARIATIONS BRUTALES
DE PRESSION DANS LES VEHICULES.
L'invention concerne un dispositif et un procédé de suppression des variations brutales de pression dans les véhicules, en particulier dans les véhicules terrestres. Le dispositif et le procedé de suppression des variations brutales de pression dans les véhicules selon l'invention s'applique notamment aux trains & grande vitesse. Un véhicule en mouvement dans 1 'atmosphère est soumis à des forces de pression dont la répartition sur la paroi externe dépend de la forme de celle-ci et de la vitesse d'avancement. Lorsque ce véhicule passe à proximité d'un obstacle (entrée d'un tunnel, pont, objets divers au voisinage de la voie de circulation,...) ou lors du croisement d'un autre véhicule, il se produit une15 déformation du champ des vitesses aérodynamiques que le véhicule entraîne avec lui. Il en résulte alors des
variations rapides de pression sur les parois externes du véhicule. Cet effet est d'autant plus prononcé que la vitesse du véhicule est plus élevée, les pressions étant20 approximativement proportionnelles au carré de la vitesse.
Dans le cas d'un véhicule o le renouvellement de l'air interne est effectué par climatisation ou ventilation à partir de l'air extérieur, la pression interne est voisine de la pression externe. Les variations de pression externes se répercutent presque instantanément à l'intérieur du véhicule en raison des dimensions des sections des circuits de ventilation. La constante de temps des transmissions de variations de pression à l'intérieur des véhicules climatisés ou ventilés est donc petite, en raison même des30 caractéristiques des circuits de ventilation. Ce phénomène rapide ne se produit pas lorsque l'intéieur du véhicule est pressurisé (avions par exemple). A titre d'exemple, lors de l'entrée des trains & grande vitesse dans les tunnels ou les tranchées, des
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variations rapides de pression se produisent sur la paroi externe des voitures. Ces variations brutales se propagent dans l'espace confiné constitué par le tunnel ou la tranchée, et sont connues sous la terminologie wd'ondes de pression. Par ailleurs ces ondes de pression, qui se propagent dans l'espace confiné extérieur, se réfléchissent à ses extrémités, créant ainsi des ondes de pression de retour aussi importantes que les ondes directes. Lorsque les voitures ont un bon degré d'étanchéité, ces variations se répercutent rapidement à l'intérieur de celles-ci par les circuits de ventilation et de climatisation, causant une gène importante aux voyageurs. Il est ainsi courant de subir des variations de pression pouvant atteindre 2000 pascals
pendant moins d'une seconde.
Certains trains à grande vitesse utilisent, pour remédier à ce problème d'ondes de pression, des ventilateurs dits à fronts vaide placés dans le circuit de ventilation. Ces ventilateurs font obstacle, dans une certaine mesure, aux ondes de pression mais ils ont l'inconvénient d'être20 coûteux et bruyants. Ils constituent un ajout de matériel dont le poids et l'encombrement n'est pas négligeable alors même que des efforts importants sont faits pour alléger les voitures le plus possible. Ils sont gros consommateurs d'énergie. Il faut en outre en placer deux par voiture.25 Pour pallier ces inconvénients, on propose selon la présente invention d'imposer à la pression interne d'un véhicule climatisé ou ventilé une évolution temporelle fixée à priori lorsqu'une variation brutale externe de pression survient. Pour cela, un dispositif approprié crée en temps réel des modifications rapides des caractéristiques géométriques des circuits de ventilation ou de climatisation. Ces modifications sont telles que la variation du débit d'air entrant dans le véhicule qui en résulte, entraine une variation de la pression interne &35 celui-ci suivant la loi temporelle fixée. Dès que l'équilibre entre les pressions internes et externes est réalisé, on remet en oeuvre le circuit de ventilation de façon à permettre de nouveau le renouvellement normal en air frais. Un tel dispositif, placé sur les circuits de ventilation revient à transformer très rapidement un circuit prévu pour assurer un renouvellement d'air par ventilation ou climatisation, en un circuit assurant un contrôle de la pression interne du véhicule (et vice-versa), quelle que soit la variation brutale de la pression extérieure (vitesse du train, nature de l'obstacle, topologie du milieu
extérieur,...).
L'invention a donc pour objet un dispositif de suppression des variations brutales de pression dans un véhicule climatisé ou ventilé, le véhicule comprenant: - un orifice d'entrée (3) de l'air extérieur et un orifice de sortie (5) de l'air intérieur, l'orifice d'entrée étant connecté à un conduit d'aspiration (2) dirigeant l'air aspiré vers le système de climatisation ou de ventilation, l'orifice de sortie étant connecté à un conduit (4) rejetant l'air intérieur vers l'extérieur;20 - des moyens d'obturation (6, 7) des conduits d'aspiration (2) et de rejet (4); et - un organe de contrôle (14) recevant les signaux du détecteur; caractérisé par: - des moyens de détection (16, 17) de la pression externe Pe et interne P du véhicule délivrant des signaux représentatifs de cette onde de pression; - des moyens d'évaluation du niveau de variation de pression externe APe basé sur une première mesure correspondant à la mesure de la variation temporelle de la dPe pression externe - et sur une seconde mesure correspondant à la mesure de la différence Pe-Pi entre la pression externe Pe et la pression interne Pi, lesdits moyens d'évaluation indiquant que la variation de pression externe APe est35 supérieure à un premier niveau prédéterminé APeó lorsque au
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moins une des deux mesures -, Pe-Pi indique une valeur non comprise dans un intervalle de premières valeurs limites
prédéterminées, respectivement [ dPe- e u, [ (Pe-Pï)-
(Pe-Pi)M+] et que la variation de pression externe APe est inférieure à un second niveau prédéterminé APeuh lorsque dPe les deux mesures -, Pe- Pi indiquent des valeurs comprises entre d'autres valeurs limites prédéterminées,
respectivement [- A-, - A+] et [(Pe-Pi)M^^, (Pe-Pi)Mh+].
Les moyens de détection des variations de pression
sont constitués d'un premier et d'un second capteur de pression.
Les autres valeurs limites prédéterminées e h+, (Pe-Pi)^m,+ et dpe, (Pe-Pi)A,- sont égales auxdites premières valeurs limites prédéterminées -e t+, (Pe-Pï)M*+,
- um, (Pe-Pi)^a,.
Les valeurs limites prédéterminées it-, àe r+, (Pe-Pi)m-i, (Pe- P )ma+, dPe dPe + (Pe-Pï)MW, (Pe-P))Mh+ ú* di sont deux à deux égales en valeur absolue et de signes contraire, de sorte que le traitement des deux valeurs dPe mesurées - et Pe-Pi soit fait sur les valeurs absolues de dPe ces valeurs: I I, I Pe-Pi I. Le dispositif est susceptible d'être modifié pour contrôler le débit normal de climatisation par action
partielle des moyens d'obturation des conduits d'aspiration25 et de rejet.
L'invention porte également sur un procédé de suppression des variations brutales de pression dans un véhicule climatisé ou ventilé; caractérisé par: - la mesure de la pression interne dans la voiture;
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- la mesure de la pression externe à la voiture; - une première mesure de la variation temporelle de la dPe pression externe dP; - une seconde mesure de la différence Pe-Pi entre la pression externe Pe et la pression interne Pi; - une évaluation du niveau de variation de pressions externe pour laquelle la variation de pression externe APe est supérieure à un premier niveau prédéterminé dPe APetm lorsque au moins une des deux mesures -, Pc-Pi indique une valeur non comprise dans un intervalle de premières valeurs limites prédéterminées, respectivement [-m-, dPe - (Pe-) -, (Pe-Pi)et que la variation de pression externe APe est inférieure à un second Ie niveau prédéterminé APemi lorsque les deux mesures, Pe-Pï indiquent des valeurs comprises entre d'autres valeurs limites prédéterminées, respectivement [-ader-, e +e] et dt d t[(Pe-Pi)m-, (Pe-Pi)d+l]; - la fermeture des conduits d'aspiration (2) et de rejet (4) lorsque ladite variation de pression externe APe est supérieure audit premier niveau prédéterminé APeàmq - l'équilibrage entre pression intérieure et pression extérieure par circulation d'un débit d'air contrôlé entre l'extérieur et l'intérieur du véhicule, de manière & maintenir la variation temporelle de pression interne au25 véhicule en-dessous d'une valeur imposée; et - l'ouverture des conduits d'aspiration (2) et de rejet (4) lorsque la variation de pression externe APe est inférieure à un second niveau prédéterminé APeaâ. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails et
particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, accompagnée des
dessins annexés parmi lesquels:
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- la figure i représente, de manière schématique, un véhicule ferroviaire avec ses conduits d'entrée et de sortie d'air pour la ventilation ou la climatisation du véhicule, - la figure 2 est une vue schématique expliquant le fonctionnement du dispositif selon l'invention, - les figures 3 et 4 illustrent le système d'obturation des conduits d'entrée et de sortie d'air pour le dispositif selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique d'une variante
du dispositif selon l'invention.
La figure 1 représente le schéma général d'un circuit
de ventilation d'une voiture 1 de train à grande vitesse.
Cette voiture comprend un conduit d'aspiration 2 de l'air extérieur disposé entre l'orifice d'entrée 3 et le circuit interne de ventilation et un conduit de rejet 4 de l'air intérieur disposé entre le circuit interne de ventilation et l'orifice de sortie d'air 5. Les différents éléments du circuit interne de ventilation (recirculation partielle de l'air, dispositif de chauffage ou de climatisation, ventilateurs, etc.) n'ont pas d'influence particulière sur le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Lors du passage de la voiture dans une zone de variation brutale de pression, un volume relativement important d'air (de l'ordre de 1 à 2m3) entre ou sort brutalement de la voiture par les conduits 2 et 4. Cette
variation rapide de la masse d'air contenue dans la voiture est directement liée à la variation de pression qu'on peut, selon l'invention, contrôler en plaçant dans les conduits 230 et 4 des éléments obturateurs.
Le dispositif selon l'invention effectue les opérations suivantes. Une onde de pression qui survient est détectée grâce à deux capteurs de pression qui, après traitement du signal, permette de déterminer si la variation35 temporelle de pression extérieure ou si la différence entre
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pressions intérieures et extérieure dépassent des valeurs
limites prédéterminées.
Dès la détection de l'onde de pression, les éléments obturateurs bouchent totalement ou presque, et de manière immédiate, les conduits 2 et 4. On force ainsi le débit d'air échangé entre l'intérieur et l'extérieur du véhicule & se faire sur une durée suffisamment longue pour que les variations de pression intérieure (surpression ou dépression) ne soient
pas gênantes pour les passagers du véhicule.
Les éléments obturateurs sont réouverts lorsque la variation temporelle de pression extérieure et la différence entre pressions extérieure et intérieure sont comprises dans des limites prédéterminées. Le système de ventilation du15 véhicule est remis en fonctionnement normal pour l'extraction de l'air vicié et le renouvellement en air neuf. La figure 2 illustre le fonctionnement du dispositif dans un exemple de réalisation. Les éléments obturateurs sont ici des volets: un volet 6 disposé dans le conduit d'aspiration 2 et un volet 7 disposé dans le conduit de rejet 4. Un premier 16 et un second 17 capteur de pression est disposé, respectivement à l'intérieur et & l'extérieur du
véhicule.
Les volets 6 et 7 sont de dimensions adaptées aux conduits 2 et 4. Ils sont disposés au voisinage de l'entrée 3 et de la sortie 5. Ils sont mobiles en rotation autour d'axes 10 et 11 solidaires de l'un de leurs côtés, grace & des systèmes à charnière 8 et 9 associés aux parois des conduits 2 et 4 (voir les figures 3 et 4). Les axes 10 et 11
sont commandés en rotation respectivement par des actionneurs 12 et 13 fixés sur la structure résistante 15 du véhicule. Il peut s'agir d'actionneurs pneumatiques,35 hydrauliques ou électromécaniques.
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Un système électronique 14 de traitement des signaux envoyés par les capteurs 16 et 17 élabore des signaux de commande des actionneurs 12 et 13. Ce système électronique
14 peut être du type décrit dans le document FR 2 613 089.
Il peut être intégré au système de contrôle commande général du train. Dès que le ou les détecteurs d'ondes de pression ont décelé une onde de pression jugée trop importante, le système électronique 14 élabore instantanément des signaux commandant aux actionneurs la fermeture des volets. Les volets peuvent être fermés très rapidement, en un dixième de seconde par exemple. Ils seront de préférence réalisés en une matière présentant une faible inertie comme l'aluminium
ou un matériau composite.
Le système électronique 14 est susceptible de commander également, en même temps que la fermeture des volets, l'arrêt des dispositifs de climatisation ou de ventilation. Ceux-ci seront remis en fonctionnement, toujours par commande du système électronique, à la réouverture des volets.20 Dès que les détecteurs d'ondes de pression ne décèlent plus de variations de pression inadmissibles pour les passagers, le système électronique 14 commande la réouverture progressive des volets. Le temps de réouverture des volets est fonction du degré de confort désiré. Il peut25 être déterminé par l'expérience. Il peut aussi être déterminé par le système électronique en fonction de certains paramètres comme l'amplitude des variations de pression externe, la durée de ces variations, etc. La réouverture des conduits est donc réalisée lorsque la30 variation de pression extérieure est descendue en-dessous d'un niveau déterminé par l'expérience ou le calcul. Compte tenu de ce que le débit d'air instantané résultant des variations brutales de pression extérieure est beaucoup plus grand que le débit usuel de ventilation, les volets peuvent35 ne pas être en fonction en dehors des zones de variations brutales de pression. Ils peuvent, en l'absence d'ondes de pression, être complètement effacés et donc ne pas perturber
le fonctionnement normal du système de ventilation.
Le dispositif selon l'invention ne contrôle pas directement le débit d'air de ventilation ou de climatisation. Néanmoins, il peut être utilisé pour contrôler le débit normal de climatisation et disposer de plusieurs régimes de climatisation, par exemple lorsque la
température extérieure est très élevée ou très basse.
Plusieurs types de modification sont possibles.
Le positionnement normal des volets peut être une position d'ouverture intermédiaire afin de réduire le débit nominal de ventilation. Le débit d'air peut être contrôlé par une commande continue de la position des volets, & condition que les performances des actionneurs permettent un contrôle efficace de toutes les positions de ces volets. La position des volets est alors le résultat d'une régulation effectuée & partir d'une mesure du débit de ventilation, par exemple par un débitmètre.20 L'équilibrage des pressions extérieure et intérieure peut encore être obtenu par le dispositif représenté à la figure 5. Selon cette variante, il est prévu une dérivation 18 connectée sur le conduit d'aspiration 2. Cependant, cette dérivation peut être connectée en tout point du circuit de ventilation compris entre les volets 6 et 7. En l'absence d'ondes de pression, cette dérivation est normalement obturée. Le dispositif de la figure 5 fonctionne de la manière suivante. Dès que les détecteurs 16 et 17 révèlent l'existence d'une onde de pression, les conduits 2 et 4 sont obturés et la dérivation 18 est ouverte. L'obturation d'un des circuits principaux de ventilation et l'ouverture de la dérivation peuvent être assurées par deux mécanismes indépendants ou par un mécanisme unique comme le montre la35 figure 5 o le volet 6 peut en même temps obturer un conduit et laisser l'autre ouvert. La dérivation 18 contrôle le
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débit d'air dû à l'onde de pression, en plus des défauts d'étanchéité du véhicule. Les dimensions de la dérivation 18 peuvent être définies préalablement. Cette dérivation peut également posséder une singularité de dimensions modulables en fonction de la loi de variation temporelle de pression imposée. Dès que l'équilibrage des pressions est estimée réalisée, les conduits 2 et 4 sont réouverts et la
dérivation 18 est obturée. On revient au fonctionnement10 normal du système de ventilation.
Le dispositif selon l'invention possède également l'avantage d'être très peu consommateur d'énergie.
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Claims (6)
1. Dispositif de suppression des variations brutales de pression dans un véhicule climatisé ou ventilé, le véhicule (1) comprenant: - un orifice d'entrée (3) de l'air extérieur et un orifice de sortie (5) de l'air intérieur, l'orifice d'entrée étant connecté à un conduit d'aspiration (2) dirigeant l'air aspiré vers le système de climatisation ou de ventilation, l'orifice de sortie étant connecté à un conduit (4) rejetant l'air intérieur vers l'extérieur; - des moyens d'obturation (6, 7) des conduits d'aspiration (2) et de rejet (4); et - un organe de contrôle (14) recevant les signaux du détecteur; caractérisé par: - des moyens de détection (16, 17) de la pression externe Pe et interne Pï du véhicule délivrant des signaux représentatifs de cette onde de pression; - des moyens d'évaluation du niveau de variation de pression externe APe basé sur une première mesure correspondant à la mesure de la variation temporelle dPe de la pression externe et sur une seconde mesure correspondant à la mesure de la différence Pe-Pi entre la pression externe Pe et la pression interne PI, lesdits moyens d'évaluation indiquant que la variation de pression externe APe est supérieure à un premier niveau prédéterminé APeMar lorsque au moins une des dPe deux mesures dP, Pe-Pi indique une valeur non comprise dans un intervalle de premières valeurs dPe
limites prédéterminées, respectivement -
dPe vOi], [(Pe -Pi)m-, (Pe-Pï)m^+] et que la variation de pression externe APe est inférieure à un second niveau prédéterminé APeMu lorsque les deux mesures
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dPe Pe- P indiquent des valeurs comprises entre d'autres valeurs limites prédéterminées, respectivement [dPe A-, dPe +] et [(Pc-Pi) i-,
(Pe- Pi)aâ+].
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de détection des variations de pression (16, 17) sont constitués d'un premier et d'un second capteur de pression.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans
lequel lesdites autres valeurs limites prédéterminées - u+, (Pe-Pi)M+ et dPeM, (Pe-Pi)às- sont égales di dk auxdites premières valeurs limites prédéterminées
Pe mY+, (Pe-Pi)m^+, dPe "ra, (Pe-Pi)^^^.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel lesdites valeurs limites prédéterminées m =-, - àE, (Pe-Pi)Mar, (Pe-Pî) ma+, dPeM, dPe (+e-pï)i*, (Pe-Pi)^à+ sont deux & deux égales en valeur absolue et de signes contraire, de sorte que le traitement des deux dPe valeurs mesurées Pe et Pe-Pi soit fait sur les valeurs absolues de ces valeurs: I -I, PeC-P I.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, lequel est modifié pour contrôler le débit normal de climatisation par action partielle des moyens d'obturation des conduits d'aspiration (2) et de rejet
(4).
6. Procédé de suppression des variations brutales de pression dans un véhicule climatisé ou ventilé; caractérisé par: - la mesure de la pression interne dans la voiture; - la mesure de la pression externe à la voiture; - une première mesure de la variation temporelle de la dPe pression externe - une seconde mesure de la différence Pe-Pi entre la pression externe Pe et la pression interne PI; - une évaluation du niveau de variation de pressions externe pour laquelle la variation de pression externe APe est supérieure & un premier niveau prédéterminé dPe
APeMa lorsque au moins une des deux mesures -
Pe- Pi indique une valeur non comprise dans un intervalle de premières valeurs limites dPe dPe prédéterminées, respectivement [dPi d-, dpM] [(Pe-Pi)Aéz, (Pe- Pï)m-+] et que la variation de pression externe APe est inférieure à un second niveau prédéterminé APeMsu lorsque les deux mesures, Pc-Pi indiquent des valeurs comprises entre d'autres valeurs dPe limites prédéterminées, respectivement [ -, dPe - MiJ] et [(Pe-Pi)m-, (Pe-Pi)M +].; - la fermeture des conduits d'aspiration (2) et de rejet (4) lorsque ladite variation de pression externe APe est supérieure audit premier niveau prédéterminé àPeMmr; - l'équilibrage entre pression intérieure et pression extérieure par circulation d'un débit d'air contrôlé entre l'extérieur et l'intérieur du véhicule, de manière à maintenir la variation temporelle de pression interne au véhicule en-dessous d'une valeur imposée; et - l'ouverture des conduits d'aspiration (2) et de rejet (4) lorsque la variation de pression externe APe est
inférieure à un second niveau prédéterminé APeMi.
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