IT202000016228A1 - UNDERFLOOR HEATING SYSTEM FOR PASSENGER TRAINS - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
Descrizione dell?invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:
?SISTEMA DI RISCALDAMENTO A PAVIMENTO PER TRENI PASSEGGERI? ?UNDERFLOOR HEATING SYSTEM FOR PASSENGER TRAINS?
Descrizione Description
Campo della tecnica field of technique
La presente invenzione opera nell?ambito dei sistemi di riscaldamento. Pi? dettagliatamente essa riguarda sistemi di controllo della temperatura per mezzi di trasporto di passeggeri. Ancora pi? dettagliatamente, la presente invenzione, riguarda un nuovo e innovativo sistema per il riscaldamento di treni per il trasporto di persone. The present invention operates in the field of heating systems. Pi? in detail, it relates to temperature control systems for means of passenger transport. even more in detail, the present invention relates to a new and innovative system for heating trains for transporting people.
Arte nota Known art
Attualmente i sistemi di riscaldamento utilizzati sui treni per il trasporto di persone prevedono il riscaldamento dell?aria e la generazione di moti convettivi d?aria all?interno del vagone: l?aria calda, generata, tende a salire verso il soffitto e si crea un circolo di aria calda, che per? si distribuisce in maniera disomogenea all?interno della stanza. Il risultato ? un riscaldamento lento e mal distribuito che, in particolare, lascia una temperatura piuttosto bassa in prossimit? del pavimento e quindi vicino ai piedi dei passeggeri. Questi sistemi risultano particolarmente inefficienti in quanto soggetti a perdita di energia dovuta al moto d?aria. Currently the heating systems used on trains for the transport of people provide for the heating of the air and the generation of convective air motions inside the carriage: the hot air generated tends to rise towards the ceiling and is created a circle of hot air, which for? it is distributed unevenly inside the room. The result ? a slow and badly distributed heating which, in particular, leaves a rather low temperature in the vicinity? of the floor and therefore close to the feet of the passengers. These systems are particularly inefficient as they are subject to loss of energy due to air motion.
Sono noti sistemi di riscaldamento ambientale tramite irraggiamento infrarosso in grado di convertire il calore proveniente dalla combustione di un bruciatore, in una radiazione infrarossa che viene emessa verso l?esterno dalla superficie esterna da un involucro cilindrico cavo, come da brevetto ITBS20100098 (A1). Environmental heating systems by means of infrared radiation are known which are capable of converting the heat coming from the combustion of a burner into infrared radiation which is emitted outwards from the external surface by a hollow cylindrical casing, as per patent ITBS20100098 (A1).
? evidente che il brevetto citato, cos? come le altre tecnologie di controllo della temperatura ad oggi in uso, non risolvono le problematiche sopra descritte, cos? come non fanno le altre privative ad oggi in essere. ? evident that the patent mentioned, cos? like the other temperature control technologies in use today, they do not solve the problems described above, so? as the other exclusive rights currently in force do not.
? quindi scopo della presente domanda di brevetto quello di descrivere e rivendicare un sistema in grado di aumentare l?efficienza del riscaldamento dei vagoni dei treni, aumentare la possibilit? di controllo delle temperature e aumentare il comfort dei passeggeri, colmando la lacuna tecnologica rilevata. Descrizione dell?invenzione ? therefore the purpose of the present patent application is to describe and claim a system capable of increasing the heating efficiency of train carriages, increasing the possibility? of temperature control and increase passenger comfort, filling the technological gap identified. Description of the invention
Secondo la presente invenzione viene realizzato un sistema di riscaldamento a pavimento per treni per il trasporto di persone che risolve efficacemente le problematiche suesposte. According to the present invention there is provided an underfloor heating system for trains for transporting people which effectively solves the above problems.
Il presente trovato ? un sistema di riscaldamento a infrarossi che opera nell?ambito dei sistemi di riscaldamento per vagoni ferroviari. The present found ? an infrared heating system that works in the field of heating systems for railway cars.
Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un sistema di riscaldamento per treni passeggeri che sfrutta la tecnologia a infrarossi per riscaldare uniformemente l?ambiente del vagone, riscaldando direttamente gli oggetti e i corpi umani presenti nel vagone ed evitando la generazione di moti convettivi d?aria, fornendo cos?, una sensazione di tepore pi? gradevole all?utente, rispetto a quella offerta dai sistemi tradizionali, proprio perch? viene avvertita dai passeggeri in maniera omogenea in tutto il corpo. Purpose of the present invention? that of providing a heating system for passenger trains which exploits infrared technology to uniformly heat the environment of the wagon, directly heating the objects and human bodies present in the wagon and avoiding the generation of convective motions of air, thus supplying, a feeling of warmth more? pleasant to the user, compared to that offered by traditional systems, precisely because? it is felt by the passengers evenly throughout the body.
Il riscaldamento a infrarossi comporta un aumento dell?efficienza complessiva del sistema di riscaldamento, che risulta in grado di evitare dissipazione di energia che si verifica in conseguenza al moto dell?aria e un maggiore controllo della temperatura desiderata, dovuto all?omogeneit? della stessa all?interno del vagone. Infrared heating leads to an increase in the overall efficiency of the heating system, which is able to avoid energy dissipation that occurs as a result of air motion and greater control of the desired temperature, due to the homogeneity of the heating system. of the same inside the wagon.
Secondo la presente invenzione, il sistema di riscaldamento a pavimento per treni passeggeri ? composto da almeno tre linee di pannelli, collegate come tre rami di un carico trifase a triangolo, ogni linea ? indipendente e quindi controllabile separatamente nei suoi valori di temperatura. Ogni pannello ? composto da una rete a infrarossi inserita fra due strati isolanti di fibra di vetro GFRP, il tutto inserito fra due strati di alluminio, quello inferiore a nido d?ape e quello superiore costituito da una lamina sottile fissata inferiormente tramite un adesivo epossidico bicomponente ignifugo ad elevate prestazioni, specialmente formulato per incollaggio di superfici di grandi dimensioni e che fornisce eccellenti resistenze meccaniche ed all?invecchiamento. In alternativa ? possibile utilizzare un film adesivo acrilico avente analoghe prestazioni e certificazioni. According to the present invention, the underfloor heating system for passenger trains is composed of at least three lines of panels, connected like three branches of a three-phase load in a triangle, each line ? independent and therefore separately controllable in its temperature values. Each panel ? composed of an infrared network inserted between two GFRP fiberglass insulating layers, all inserted between two aluminum layers, the lower honeycomb layer and the upper one consisting of a thin sheet fixed at the bottom using a two-component fireproof epoxy adhesive with high performance, specially formulated for bonding large surfaces and providing excellent mechanical and aging resistance. Alternatively ? It is possible to use an acrylic adhesive film with similar performance and certifications.
All?interno dei pannelli ? presente anche uno strato di schiuma ignifuga a base di polietilene tereftalato (a miglioramento delle prestazioni acustiche e termiche) e possono essere rivestiti nella loro parte superiore, quella a diretto contatto con l?ambiente esterno, con uno strato di tessuto lavabile e removibile incollato ad essi tramite un adesivo acrilico. Inside the panels ? there is also a layer of fireproof polyethylene terephthalate-based foam (to improve acoustic and thermal performance) and their upper part, the part in direct contact with the external environment, can be covered with a layer of washable and removable fabric glued to them using an acrylic adhesive.
Ogni pannello ? dotato di un sensore di temperatura e la temperatura del pavimento ? mantenuta al livello stabilito mediante termocoppie integrate e collegate ad un Temperature Data Hub (TDH) che fornisce i dati di misura al sistema HVAC centrale mediante protocollo CAN. Each panel ? equipped with a temperature sensor and the floor temperature ? maintained at the set level by built-in thermocouples and connected to a Temperature Data Hub (TDH) which supplies measurement data to the central HVAC system via CAN protocol.
I pannelli sono supportati da un paio di guide in alluminio e da diversi elastomeri in poliuretano anti-vibrazione opportunamente calibrati in rigidezza per garantire un comportamento dinamico del pavimento orientato al massimo confort per i passeggeri. Le guide hanno anche la funzione di fissare i sedili dei passeggeri e sono dotate di un coperchio di plastica con la funzione di nascondere la scanalatura utilizzata per fissare i sedili. Le guide sono inoltre supportate e collegate alla scocca inferiore della carrozzeria per mezzo di cuscinetti elastici dotati di un materiale anti-vibrazione per aumentare il comfort dei passeggeri seduti. The panels are supported by a pair of aluminum guides and various anti-vibration polyurethane elastomers suitably calibrated in stiffness to ensure dynamic behavior of the floor aimed at maximum comfort for passengers. The guides also have the function of fixing the passenger seats and are equipped with a plastic cover with the function of hiding the groove used to fix the seats. The guides are also supported and connected to the lower body shell by means of elastic pads fitted with an anti-vibration material to increase the comfort of seated passengers.
Detti pannelli generano una differenza di temperatura fra il pavimento e il tetto del vagone e riscaldano direttamente i corpi e gli oggetti nelle vicinanze, non l?aria all?interno del vagone, poi gli oggetti a loro volta rilasciano calore nell?ambiente, creando un aumento di temperatura uniforme all?interno dell?ambiente ed evitando la generazione di sgradevoli correnti d?aria al suo interno. These panels generate a temperature difference between the floor and the roof of the wagon and directly heat the bodies and objects nearby, not the air inside the wagon, then the objects in turn release heat into the environment, creating a uniform temperature increase inside the environment and avoiding the generation of unpleasant air currents inside it.
Il sistema effettua due tipologie di controllo: un controllo operativo e un controllo di sicurezza. The system performs two types of checks: an operational check and a safety check.
Per effettuare il controllo operativo sul sistema, le linee di pannelli possono essere controllate attraverso tre algoritmi di controllo indipendenti o strategie combinate per il risparmio o bilanciamento energetico; pu? essere effettuato tramite semplice sistema ON/OFF, oppure tramite un sistema Proporzionale Integrativo Derivativo ?PID?. Lo scopo del controllo operativo ? quello di fornire energia agli elementi di riscaldamento e monitorare la temperatura dei pannelli rilevata. To perform operational control over the system, the lines of panels can be controlled through three independent control algorithms or combined strategies for energy saving or balancing; can? be carried out through a simple ON/OFF system, or through a Proportional Integrative Derivative ?PID? system. The purpose of operational control ? that of supplying energy to the heating elements and monitoring the temperature of the panels detected.
Il controllo di sicurezza ha invece l?obiettivo di evitare che le temperature effettive dei pannelli superino le temperature massime ammissibili. Esso ? implementato nell?unit? di gestione dati di temperatura ?THD? ed ? basato su un algoritmo di protezione a due livelli: la protezione di sicurezza di primo livello interverr? quando la temperatura del pannello superer? i limiti di un intervallo di temperatura definito. Questa protezione viene ripristinata automaticamente se la temperatura del pannello rientra nell?intervallo di temperatura. La protezione di sicurezza di secondo livello interverr? quando la temperatura del pannello superer? i limiti di un intervallo di temperatura definito, pi? ampio del primo livello. Questa protezione viene ripristinata solo al ciclo di alimentazione ?TDH?. L?unit? di gestione dati di temperatura ?THD? ? inoltre responsabile dell?acquisizione, della calibrazione e dell?invio delle temperature di ogni singolo pannello. The safety control, on the other hand, has the objective of preventing the effective temperatures of the panels from exceeding the maximum allowable temperatures. It ? implemented in? unit? of temperature data management ?THD? and ? based on a two-level protection algorithm: the first level security protection will intervene? when the panel temperature will exceed? the limits of a defined temperature range. This protection is automatically reset if the panel temperature is within the temperature range. Will the second level security protection intervene? when the panel temperature will exceed? the limits of a defined temperature range, pi? large first level. This protection is only reset on ?TDH? power cycle. The unit of temperature data management ?THD? ? also responsible for the acquisition, calibration and sending of the temperatures of each single panel.
I vantaggi offerti dalla presente invenzione sono evidenti alla luce della descrizione fin qui esposta e saranno ancora pi? chiari grazie alle figure annesse e alla relativa descrizione dettagliata. The advantages offered by the present invention are evident in the light of the description set forth up to now and will be even more clear thanks to the annexed figures and the relative detailed description.
Descrizione delle figure Description of the figures
L?invenzione verr? qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l?ausilio delle figure annesse, nelle quali: The invention will come described hereinafter in at least one preferred embodiment by way of explanation and not of limitation with the aid of the accompanying figures, in which:
- FIGURA 1 mostra la composizione di ogni singolo pannello 1, evidenziando: lo strato di alluminio a nido d?ape 2, la rete a infrarossi 3, la lamina sottile di alluminio 4, il tessuto lavabile con adesivo 5, l?adesivo epossidico bicomponente ignifugo 6, la schiuma a base di poliuretano tereftalato 7, gli strati di fibra di vetro GFRP 8. - FIGURE 1 shows the composition of each single panel 1, highlighting: the honeycomb aluminum layer 2, the infrared network 3, the thin aluminum foil 4, the washable fabric with adhesive 5, the two-component epoxy adhesive flame retardant 6, polyurethane terephthalate-based foam 7, GFRP glass fiber layers 8.
- FIGURA 2 mostra una vista dal basso del pannello 1, evidenziando strisce antirumore 9 e cuscinetti antirumore 10. - FIGURE 2 shows a bottom view of panel 1, highlighting anti-noise strips 9 and anti-noise pads 10.
- FIGURA 3 mostra un alloggiamento delle interfacce elettriche ed elettroniche nel pannello 1, evidenziando la copertura 11, la termocoppia integrata 12, il connettore della termocoppia 16, i passacavi 17 e il connettore di alimentazione 18. - FIGURE 3 shows a housing of the electrical and electronic interfaces in panel 1, highlighting the cover 11, the integrated thermocouple 12, the thermocouple connector 16, the cable glands 17 and the power supply connector 18.
- FIGURA 4 mostra una configurazione ?3x3? di pannelli 1 assemblati. - FIGURE 4 shows a ?3x3? of panels 1 assembled.
- FIGURA 5 mostra l?unit? di gestione dati di temperatura ?TDH? 14. - FIGURE 5 shows the unit? of temperature data management ?TDH? 14.
- FIGURA 6 mostra il diagramma di flusso che descrive l?algoritmo di controllo operativo su una singola linea di pannelli 1. - FIGURE 6 shows the flowchart describing the operational control algorithm on a single line of panels 1.
- FIGURA 7 mostra il diagramma di flusso che descrive il ciclo di controllo di sicurezza del sistema. - FIGURE 7 shows the flowchart describing the safety control cycle of the system.
- FIGURA 8 mostra uno strato del pannello evidenziando la rete a infrarossi 3 e il nastro di rame 13. - FIGURE 8 shows a layer of the panel highlighting the infrared network 3 and the copper tape 13.
Descrizione dettagliata dell?invenzione Detailed description of the invention
La presente invenzione verr? ora illustrata a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo o vincolante, ricorrendo alle figure le quali illustrano alcune realizzazioni relativamente al presente concetto inventivo. This invention will come now illustrated purely by way of example but not in a limiting or binding way, making use of the figures which illustrate some embodiments with respect to the present inventive concept.
Con riferimento alla FIG. 6 viene mostrato l?algoritmo di controllo operativo su una singola linea di pannelli 1 dove: Referring to FIG. 6 shows the operating control algorithm on a single line of panels 1 where:
- T ? l?elemento di feedback per il ciclo di controllo. Con riferimento a una singola linea composta da 3 o 4 pannelli, T pu? essere qualsiasi combinazione di temperature lette dal TDH; - T ? the feedback element for the control loop. With reference to a single line made up of 3 or 4 panels, T pu? be any combination of temperatures read from the TDH;
- T_ON ? il riferimento pi? basso per il ciclo di isteresi; - T_ON ? the reference pi? low for hysteresis loop;
- T_OFF ? il riferimento superiore per il ciclo di isteresi; - T_OFF ? the upper reference for the hysteresis loop;
- T_ON e T_OFF possono essere qualsiasi valore soddisfacendo la seguente condizione: T_ON < T_OFF < T1_MAX; - T_ON and T_OFF can be any value satisfying the following condition: T_ON < T_OFF < T1_MAX;
- con T1_MAX ? il limite superiore dell?intervallo di temperatura di sicurezza di primo livello. - with T1_MAX ? the upper limit of the first level safety temperature range.
Con riferimento alla FIG. 7 viene mostrato l?algoritmo di controllo di sicurezza dove: Referring to FIG. 7 shows the security control algorithm where:
- ?T ? valido?? verifica che il valore T sia interno all?intervallo di plausibilit? elettrica; - ?T ? valid?? check that the T value is within the range of plausibility? electric;
- T2_MAX ? il limite superiore della soglia di sicurezza di secondo livello. - T2_MAX ? the upper limit of the second level safety threshold.
Con riferimento alla Fig. 4, notiamo una particolare configurazione di tre linee, ognuna formata da tre pannelli 1; ogni linea di questa configurazione ? indipendente e permette quindi un controllo dedicato dei valori di temperatura. Con riferimento alla Fig. 2, possiamo notare una particolare disposizione delle strisce antirumore 9 e dei cuscinetti antirumore 10, atta ad attutire urti e rumori derivanti dalla pressione esercitata sul pannello 1. With reference to Fig. 4, we note a particular configuration of three lines, each formed by three panels 1; each line of this configuration ? independent and therefore allows a dedicated control of the temperature values. With reference to Fig. 2, we can see a particular arrangement of the anti-noise strips 9 and of the anti-noise pads 10, designed to cushion the shocks and noises deriving from the pressure exerted on the panel 1.
Con riferimento alla Fig. 3 e alla Fig. 9, notiamo come tutte le interfacce elettriche ed elettroniche del pannello 1, siano situate in specifici alloggiamenti provvisti di copertura 11 atta ad impedire l?infiltrazione di acqua o polvere nell?alloggiamento e quindi a preservale l?integrit? delle componenti elettriche ed elettroniche. With reference to Fig. 3 and Fig. 9, we note how all the electrical and electronic interfaces of the panel 1 are located in specific housings provided with a cover 11 suitable to prevent the infiltration of water or dust into the housing and therefore to preserve them the integrity of electrical and electronic components.
? infine chiaro che all?invenzione fin qui descritta possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall?ambito di tutela che ? fornito dalle rivendicazioni annesse. ? finally, it is clear that modifications, additions or variations that are obvious to a person skilled in the art can be made to the invention described up to now, without thereby departing from the scope of protection which ? provided by the appended claims.
Claims (10)
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