Brevet FR2614592A3 — publié le 19881104

FR 2614592 A3 19881104 FR 8706191 A 19870430 La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de régulation automatique de la température des voitures de chemin de fer climatisees par circulation d'air pulsé modulé. Cette invention s'applique notant aux voitures de chemin de fer qui comportent une installation d'air pulsé alimentant chaque cozpartinent, cet air étant réchauffé ou refroidi en totalité au travers de batteries chaudes ou froides, le dispositif comportant un régulateur central agissant sur l'organe de commande des puissances calorifiques ou frigorifiques. I1 est connu que pour maintenir une temperature constante à l'intérieur des voitures, on effectue à chaque instant en régime stable un apport d'une quantité de calories ou de frigories qui est égal aux déperditions constatées dans la voiture, cette opération étant effectuée en fixant à chaque instant la température de l'air introduit å débit constant. En hiver, étant donné que les déperditions de la voiture varient en fonction des conditions atmosphériques externes, la température de l'air chaud doit hêtre fixée en fonction des conditions extérieures, selon une loi de correspondance qui caractérise la voiture et l'installation thermique et, en période d'été, lorsque la température extérieure dépasse la température que l'on désire maintenir dans la voiture, il convient dé refroidir l'air pulsé par l'internédiaite des batteries froides. Pendant les périodes transitoires de réchauffement de la voiture et lors de l'utilisation de cette dernière à pleine occupation, la quantite de calories à délivrer est évidemment différente de celle qui est nécessaire en régime établi et voiture vide, en raison du réchauffement des parois et du dégagement de chaleur du aux occupants de la voiture. La nécessité se fait donc sentir de corriger la loi de correspondance mentionnée ci-dessus, selon les besoins et en fonction de la tenrprature réelle de la voiture. On connaît des installations de régulation conçues dans ce but et qui fonctionnent de la façon suivante A un instant déterniné,- il convient de délivrer à la voiture une quantité de calories bien définie et, par conséquent" il faut que la température de l'air soufflé par l'installation présente une valeur déterminée, comprise entre la teapérature maximale et la tempétature ambiante égale à la température de la voiture.L'installation contrôle donc la température de l'air soufflé à l'aide d'une sonde électrique à résistance dont la valeur ohmique, fonction de la température de l'air soufflé, doit etre égaie à celle qu'exige le régulateur en fonction des conditions d'utilisation du moment. Si la température de l'air soufflé est trop faible, le régulateur commande le déclenchement soit de la batterie électrique, soit de la batterie vapeur. Au contraire, si la température de l'air soufflé dépasse la valeur déterminée, le régulateur coupe l'alimentation des batteries électriques. Ainsi, sous l'effet de l'alternance des enclenchements et des déclenchements des systèmes de chauffage, on obtient la température d'air désirée, soufflée dans la voiture.En période de réfrigération, le fonctionnement est identique, le système de régulation agissant alors sur le contacteur du groupe frigorifique. Ces installations connues présentent l'inconvénient que la température est maintenue à une valeur constante qui est la meme pour tous les compartiments, aucun réglage individuel n'étant prévu dans ces derniers. Afin de combler cette lacune, on a mis au point un procédé de régulation automatique pour voitures climatisées par air pulsé modulé qui consiste d'une part à chauffer ou refroidir l'air pulsé en totalité, par passage au travers de batteries chaudes ou froides respectivement, le régulateur agissant par tout ou rien sur le système de commande des puissances calorifiques ou frigorifiques et d'autre part à prévoir dans chaque compartiment un réchauffeur local muni d'un système de régulation individuel à chaque compartiment permettant de régler également par tout ou rien la température intérieure en corrigeant notamment les variations de température résultant des modifications du coéfficient d'occupation du compartiment. Ce système présente un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut citer notamment 1) Statisme de l'installation : il se produit une élévation de la température intérieure du compartiment pilote lors de la correction de la consigne de soufflage 2) Le différenciel thermostatique entraine un abaissement de la température du compartiment déficitaire 3) La puissance calorifique des réchauffeurs locaux etant limitée, le compartiment qui exige le maximum de puissance locale est déficitaire de la totalité de la différence entre la puissance nécessaire à la correction et la puissance réelle de ce réchauffeur local. La présente invention se propose d'apporter un nouveau procédé de régulation qui perfectionne ce procédé antérieur en en éliminant les inconvénients principaux rappelés ci-dessus. A cet effet, cette invention a donc pour objet un procédé de régulation automatique de la température des voitures de chemin de fer chauffées et réfrigérées par air pulsé modulé selon lequel on chauffe ou refroidit l'air pulsé en totalité au travers de batteries chaudes ou froides respectivement, le régulateur agissant sur l'organe de commande des puissances calorifiques ou frigorifiques et on réchauffe partiellement l'air pulsé soufflé dans chaque compartiment à l'aide d'un réchauffeur local individuel à chaque compartiment, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on détermine de façon permanente le besoin calorifique de chaque compartiment, exprime en pourcentage de la puissance calorifique du réchauffeur local, de manière à ajuster en permanence la température de l'air soufflé pour qu'elle satisfasse les besoins du compartiment le moins exigeant en calories, Itappoint dans les autres compartiments étant réalisé & l'aide des réchauffeurs locaux correspondants. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé specifié ci-dessus. Ce dispositif comprend un régulateur central, réglant la température de l'air pulsé soufflé dans la voiture en fonction de la température extérieure, cet air soufflé étant chauffé au travers d'une batterie électrique ou refroidit au travers d'une batterie froide, chaque compartiment de la voiture étant pourvu d'un réchauffeur local individuel dont l'action est asservie à un thermostat correspondant prévu dans chaque compartiment, le point de consigne de ce thermostat maintenant la température du compartiment considéré à la valeur choisie par l'usager, ce dispositif étant caractérisé en ce que - le régulateur central dégrossit les besoins thermiques de la voiture en satisfaisant le compartiment le moins défavorisé et en fonction des différentes conditions internes et externes - les réchauffeurs locaux sont commandés de façon å maintenir la température intérieure de chaque compartiment, à la valeur désirée par l'usager, quelles que soient les conditions d'occupation et le niveau de la régulation centrale, en mesurant la température ambiante du compartiment considéré, en la comparant à la température de consigne interne du compartiment et en corrigeant l'écart entre ces deux valeurs. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé qui en illustre un exemple de mise en oeuvre et de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur le dessin La figure 1 représente une installation de régulation selon l'invention mise en place dans une voiture de chemin de fer et La figure 2 illustre un exemple de réalisation d'une chaîne de régulation selon la présente invention. On se réfère en premier lieu à la figure 1 sur laquelle on a représenté dans son ensemble le régulateur central de la voiture désigné par la référence 1. Sur cette figure 1, on voit en 2 la sonde des conditions extérieures TEX, en 3 la sonde de température d'air soufflé TS, en 4 le thermostat permettant d'établir les températures de consigne des différents compartiments DECOM, en 5 la sonde de température extérieure TAN, en 7 la batterie froide de l'installation thermique de la voiture, en 8 la batterie chaude de cette installation, en 9 les réchauffeurs locaux prévus dans chacun des compartiments, en 18 le volet prévu sur la .conduite 20 d'amenée d'air frais, ce volet étant commandé par l'intermédiaire d'un contact 19 prévu à la sortie du régulateur central 1. On comprend que l'installation centrale permet de souffler de l'air pulsé, réchauffé ou refroidi dans chaque compartiment, cet air pouvant être à nouveau réchauffé par l'intermédiaire des réchauffeurs locaux 9 prévus dans chaque compartiment. Le système de régulation a pour fonction de gérer les entrées et les sorties de calories afin de respecter les conditions particulières du cahier des charges. A cet effet, l'invention prend en compte les facteurs suivants - La température de l'air extérieur ........... TAN - Les conditions estérieures ................... TEX - La température d'air soufflé ................. TS - Les températures intérieures ................. TI - Les températures de consignes des thermostats 9 de compartiments ........................... DEVON - La température de consigne du véhicule ...,... TCV - Les pentes caractérisant la voiture ..........P(Q) Ces différents facteurs permettent d'effectuer les traitements approprié et de commander les sorties suivantes - Demande de calories (Unité centrale de chauffage) - Demande de frigories (Unite centrale de refroidissement) - Demande d'air chaud local (Réchauffeur local de compartiments) - Demande d'air chaud (plateforme) - Vitesse de ventilation - Positionnement du volet d'air neuf / air repris 18 Le système de régulation individuelle de compartiment objet de la présente invention comporte deux boucles a) Une première boucle de régulation centrale qui permet de dégrossir les besoins thermiques de la voiture en satisfaisant le compartiment le moins défavorisé, en fonction des différentes conditions internes et externes b) Une seconde boucle de régulation individuelle permettant d'affiner la régulation centrale et de remplir les conditions climatiques internes requises par l'usager dans chaque compartiment. Comme on l'a indiqué ci-dessus, le système de régulation centrale 1 doit satisfaire au mieux les besoins énergétiques de la voiture en fonction de deux variables 1) Les conditions exterieures 2) Les besoins calorifiques individuels des différents compartiments de la voiture. Pour combattre les déperditions résultant des conditions extérieures, il faut apporter à la voiture des calories ou des frigories et par conséquent régler la température de l'air soufflé en fonction des paramètres suivants - Température de consigne voiture .................. TCV - Température extérieure ........................... TAN - Loi été faisant évoluer la température de consigne 0,25 15'C - Pentes caractérisant la voiture ..................P(Q) - Rayonnement solaire .............................. (TEX - TAB) KSL Pour utiliser au maximum la puissance au niveau de l'unité centrale de régulation, on règle la température de l'air soufflé TS de manière qu'elle satisfasse les besoins du compartiment le moins exigeant en calories, l'appoint nécessaire aux autres compartiments étant obtenu par la mise en action des réchauffeurs locaux correspondants 9. A cet effet, la température de l'air souffle TS doit etre modifiée d'une valeur TCCS qui est la température de correction de la consigne de soufflage. Les conditions extérieures et les besoins calorifiques individuels définissent la loi de la température de consigne de soufflage TCS de la manière suivante TCS = (P (Q) + 1 (TCV + 0,25 (TAN - 15) + TCCS + KSL(TAK - TEX)) - [P TCCS permettant de régler la consigne de soufflage TCS de manière à ramener le pourcentage de puissance demandé le plus faible des réchauffeurs locaux vers 0 %. Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, la régulation individuelle prévue dans chaque compartiment permet de maintenir la température intérieure de chaque compartiment à une valeur désirée par l'usager occupant le compartiment considéré, quelles que soient les conditions d'occupation et quel que soit le niveau de la régulation centrale. La température de consigne interne au compartiment est fixée par les facteurs suivants - Température de consigne voiture .................. TCV - Loi été faisant évoluer la température de consigne 0,25 (TAN - 15) pour TAN > / 15'C - Dérogation de la consigne affichée par l'usager dans le compartiment considéré : - 2'K, O'K, + 2-K = DECOM Ces différentes conditions définissent donc la température. de consigne interne TCI du compartiment considéré : TCI = TCV + 0,25 (TAN - 15) + DECOM. En fonction de l'occupation du compartiment, la température interne de ce dernier a tendance à augmenter. Si l'on réalisait, comme dans les systèmes antérieurs une correction proportionnelle, il en résulterait un statisme en régime établi, tant que l'occupation persiste dans le compartiment. Pour remedier à cet inconvénient, le procédé objet de l'invention associe une action intégrale à l'action proportionnelle de manière à éliminer ce statisme. Toutefois, il apparait des gradiants de température, entre la mesure de la température ambiante effectuée à un certain niveau dans la voiture (environ 1,20 m) et la prise de température du système généralement placée au dessus de la porte du compartiment. Un tel gradiant de température est évolutif et il paraît lié à l'écart qui existe entre la température de l'air soufflé TS et la température ambiante TIX. Compte tenu de cette observation, la mesure de la température ambiante doit etre corrigée de la façon suivante TIM = f (TI, TS, CI), fonction dans laquelle TI = Température intérieure TS = Température de soufflage CI = Temps de commande de l'organe de puissance et du réchauffeur local en fonction d'une base de temps T. Cette température intérieure corrigée est comparée à la température de consigne du compartiment afin d'en vérifier l'écart EI EI : TCI + TIK La sortie du compartiment CI prend la valeur 1 CI = PEP.T avec PEPI = TKI tSEIIEtEI (t)) + (KPI.EI (t) > l PEPI = Pourcentage de la puissance de l'organe de commande du réchauffeur local TKI = Coéfficient de conversion 'K en % Kil = Coéfficient d'intégration de l'ambiance. KPI = Coéfficient de proportionalité de l'ambiance. EI = Ecart ambiant T base de temps. On comprend de la description qui précède que le système de régulation objet de la présente invention permet un ajustage permanent de la consigne de soufflage en fonction de la demande du compartiment le moins exigeant. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Procédé de régulation automatique de la température des voitures de chemin de fer chauffées et réfrigérées par air pulsé modulé selon lequel on chauffe ou refroidit l'air pulsé en totalité au travers de batteries chaudes ou froides respectivement, le régulateur agissant sur l'organe de commande des puissances calorifiques ou frigorifiques et on réchauffe partiellement l'air pulsé soufflé dans chaque compartiment ii l'aide d'un réchauffeur local individuel à chaque compartiment, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on détermine de façon permanente le besoin calorifique de chaque compartiment, exprimé en pourcentage de la puissance calorifique du réchauffeur local, de manière à ajuster en permanence la température de l'air soufflé pour qu'elle satisfasse les besoins du compartiment le moins exigeant en calories, l'appoint dans les autres compartiments étant réalisé à l'aide des réchauffeurs locaux correspondants. 2- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, qui comprend un régulateur central (1), réglant la température de l'air pulse soufflé dans la voiture en fonction de la température extérieure, cet air souffle étant chauffé au travers d'une batterie électrique (8) ou refroidit au travers d'une batterie froide (7), chaque compartiment de la voiture étant pourvu d'ur réchauffeur local individuel (9) dont l'action est asservie à un thermostat (4) correspondant prévu dans chaque compartiment, le point de consigne de c thermostat maintenant la température du compartiment considéré à la valeur choisie par l'usager, ce dispositif étant caractérisé en ce que - le régulateur central (1) dégrossit les besoins thermiques de lt voiture en satisfaisant le compartiment le moins défavorisé et en fonction des différentes conditions internes et externes - les réchauffeurs locaux (9) sont coipmandés de façon à maintenir 12 température intérieure de chaque compartiment, à la valeur désirée par l'usager quelles que soient les conditions d'occupation et le niveau de la régulation centrale, en mesurant la température ambiante du compartiment considéré, en 1 comparant à la température de consigne interne du compartiment et en corrigeas l'écart entre ces deux valeurs. 3- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que 1 température extérieure est détectée à l'aide d'une sonde extérieure (2) l température de l'air soufflé est détectée à l'aide d'une sonde (3) placée dans l conduite d'air soufflé (20) et en ce qu'on prévoit en outre une sonde de changement de loi (5) pourvue d'un thermostat placé dans la prise d'air frais.