FR2979008A3 - Dispositif de refroidissement d'un gaz, procede pour generer un flux de gaz refroidi et procede de refroidissement d'une machine electrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (10) de refroidissement d'un gaz comprenant successivement, sur le trajet du gaz : - un moyen de mise en mouvement (1) du gaz adapté à créer un flux de gaz, - un moyen d'accélération (2) du flux de gaz à une vitesse supersonique, - un moyen de génération d'au moins une onde de choc (3) dans le flux de gaz, - un moyen d'évacuation (32, 33) de la chaleur créée lors de la génération de l'onde de choc, et - un moyen d'élargissement (4) de la section du flux de gaz. L'invention concerne également un procédé pour générer un flux de gaz refroidi et un procédé de refroidissement d'une machine électrique.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des dispositifs de refroidissement de gaz. Elle concerne également un procédé pour générer un flux de gaz refroidi et un procédé de refroidissement d'une machine électrique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On connaît différents dispositifs et procédés permettant de refroidir un gaz. Dans un réfrigérateur à gaz par exemple, un gaz circulant dans un circuit fermé est comprimé, ce qui augmente sa pression et sa température. Puis on évacue une partie de la chaleur de ce gaz et on le détend, ce qui fait baisser sa pression et sa température. On obtient alors un gaz de température inférieure à sa température initiale. Un inconvénient de ce système est qu'il est limité à une utilisation en circuit fermé et doit être utilisé avec certains types de gaz coûteux et qui peuvent être nocifs pour l'environnement. En outre les performances de ce dispositif sont limitées puisque les 20 températures couramment atteintes par le gaz sont de l'ordre de -20 degrés Celsius. Il n'est donc pas possible d'utiliser un tel dispositif pour créer un flux de gaz refroidi pouvant être utilisé pour limiter l'échauffement d'un système électrique ou magnétique quelconque dû par exemple aux pertes par effet Joule ou aux 25 pertes magnétiques appelées « pertes fer ». OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un dispositif de refroidissement d'un gaz, présentant des performances améliorées et pouvant être utilisé avec un circuit ouvert de gaz. 30 Plus particulièrement, on propose selon l'invention un dispositif de refroidissement d'un gaz comprenant successivement sur le trajet du gaz : - un moyen de mise en mouvement du gaz adapté à créer un flux de gaz, - un moyen d'accélération du flux de gaz à une vitesse supersonique, - un moyen de génération d'au moins une onde de choc dans le flux de gaz, - un moyen d'évacuation de la chaleur créée lors de la génération de l'onde de choc, et - un moyen d'élargissement de la section du flux de gaz. Un tel dispositif peut permettre de faire baisser la température du gaz d'environ 160 degrés Celsius, soit d'atteindre une température d'environ - 140 degrés Celsius pour un gaz à une température ambiante de 20 degrés Celsius. En outre, ce dispositif peut être utilisé avec une circulation ouverte de gaz. Il peut donc avantageusement être utilisé avec de l'air. Il peut donc avantageusement être utilisé pour refroidir une machine quelconque disposée en sortie du dispositif de refroidissement d'un gaz, sur le trajet du flux de gaz refroidi produit. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l'invention sont les suivantes : - le moyen de mise en mouvement du gaz comporte un compresseur ; - ledit moyen d'accélération du gaz à une vitesse supersonique comporte un moyen de restriction de la section du flux de gaz créé par ledit moyen de mise en mouvement du gaz, - ledit moyen de restriction comporte un conduit convergent ; - ledit moyen de génération d'une onde de choc comporte un élément profilé générateur d'ondes de choc ; - ledit moyen d'évacuation de la chaleur comporte un échangeur de chaleur disposé à distance du moyen d'accélération et un moyen pour acheminer la chaleur créée jusqu'à cet échangeur de chaleur ; - ledit moyen de génération d'une onde de choc comportant un élément profilé générateur d'onde de choc, ledit moyen d'évacuation de la chaleur comporte un circuit de circulation d'un fluide passant à l'intérieur dudit élément profilé et s'étendant jusqu'à l'échangeur de chaleur ; - ledit échangeur de chaleur comporte un radiateur à ailettes ; - ledit moyen d'élargissement de la section du flux de gaz comporte un conduit divergent ; - il est prévu, à la sortie du moyen d'élargissement du flux de gaz, au moins un moyen de génération de tourbillons dans le flux de gaz ; - ledit moyen de génération de tourbillons comporte un élément profilé présentant une section selon la direction du flux de gaz de forme similaire à la section d'une aile d'avion, dont la partie la plus fine est orientée en aval du flux de gaz ; et - le gaz refroidi est de l'air. L'invention propose également un procédé pour générer un flux de gaz refroidi, selon lequel on réalise successivement les étapes suivantes : - on met en mouvement le gaz de manière à créer un flux de gaz, - on accélère le flux de gaz à une vitesse supersonique, - on génère une onde de choc dans le flux de gaz, - on évacue la chaleur créée lors de la génération de l'onde de choc dans le flux de gaz, - on élargit la section de ce flux de gaz. Selon une caractéristique non limitative et avantageuse du procédé conforme à l'invention, on réalise en outre l'étape suivante après l'étape d'élargissement de la section du flux de gaz: on génère des tourbillons dans le flux de gaz. L'invention concerne enfin un procédé de refroidissement d'une machine électrique selon lequel on utilise un dispositif de refroidissement d'un gaz tel que décrit précédemment pour créer un flux de gaz refroidi et on place ladite machine électrique à refroidir sur le trajet de ce flux de gaz refroidi, en sortie dudit dispositif de refroidissement. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique du moyen de restriction de la section du flux de gaz du dispositif de la figure 1, - la figure 3 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du moyen de génération d'une onde de choc de la figure 1, illustrant le principe de l'échauffement aérodynamique dû à une onde de choc dans un écoulement supersonique, avec les courbes montrant la variation de la pression et de la température du gaz le long de l'axe longitudinal X de ce moyen de génération d'une onde de choc, - la figure 4 est une représentation schématique de profil d'un deuxième mode de réalisation du moyen de génération d'une onde choc de la figure 1, - la figure 5 est une représentation schématique de face du moyen de génération d'une onde choc de la figure 4, - la figure 6 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du moyen d'élargissement de la section du flux de gaz du dispositif de la figure 1, - la figure 7 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation du moyen d'élargissement de la section du flux de gaz du dispositif de la figure 1, - la figure 8 est une représentation schématique de profil du moyen de génération de tourbillons du dispositif de la figure 1, - la figure 9 est une représentation schématique de face d'une partie du moyen de génération de tourbillons du dispositif de la figure 1. On notera en préambule que les éléments correspondant des différents modes de réalisation sont repérés par des références identiques et ne sont pas redécrits à chaque fois. Sur la figure 1, on a représenté une vue d'ensemble schématique des différents éléments d'un exemple de réalisation du dispositif 10 de refroidissement d'un gaz selon l'invention. Dans cet exemple, le dispositif comprend successivement, sur le trajet 25 du gaz : - un moyen de mise en mouvement du gaz 1 adapté à créer un flux de - un moyen de restriction 2 de la section du flux de gaz créé par ledit moyen de mise en mouvement du gaz, adapté à accélérer le flux de gaz à une 30 vitesse supersonique, - un moyen de génération d'une onde de choc 3 dans le flux de gaz, - un moyen d'évacuation 32, 33 de la chaleur créée lors de la génération de l'onde de choc, - un moyen d'élargissement 4 de la section du flux de gaz, gaz, - un moyen de génération de tourbillons 5 dans le flux de gaz en sortie du moyen d'élargissement 4. Ces différents éléments sont placés les uns à la suite des autres, sur le trajet d'un conduit de circulation 20 du gaz. Ce conduit de circulation 20 est représenté schématiquement par des flèches sur la figure 1. Le sens des flèches indique le sens de circulation du gaz. Le conduit de circulation du gaz 20 présente par exemple une section circulaire. En variante, on peut envisager que le conduit de circulation du gaz 20 présente une section de forme différente, par exemple rectangulaire ou carrée.

Selon une variante simplifiée (non représentée) de l'invention, le dispositif 10 ne comporte pas de moyen de génération de tourbillons dans le flux de gaz en sortie du moyen d'élargissement. Comme représenté sur la figure 1, le moyen de mise en mouvement du gaz 1 comprend par exemple un compresseur 11 entraîné par un moteur 15 électrique dédié 12. Il peut s'agir d'un compresseur radial ou axial. L'utilisation d'un compresseur radial est avantageuse car elle permet de créer un flux de gaz de vitesse plus grande avec un seul étage de compresseur radial qu'avec un seul étage de compresseur axial. 20 On peut également prévoir que le moyen de mise en mouvement du gaz 1 comporte une pluralité de compresseurs en série. Alternativement, le moyen de mise en mouvement du gaz peut être tout moyen connu de l'homme du métier. Le compresseur 11 est disposé dans une partie initiale 20A du conduit 25 de circulation 20, représentée sur la figure 2. Le gaz situé en amont du compresseur 11 dans cette partie initiale 20A du conduit de circulation 20 est mis en mouvement par le compresseur 11 et acquiert une vitesse initiale en traversant celui-ci. En sortie du compresseur 11, la section du flux de gaz créé est donc 30 égale à la section de la partie initiale 20A du conduit de circulation du gaz 20 disposée en aval du compresseur. Le moyen de restriction 2 de la section du flux de gaz est ici constitué d'une partie convergente 2 du conduit de circulation 20 du gaz, couramment appelé « conduit convergent 2 ».

Ce conduit convergent 2 peut présenter différents types de profil, par exemple un profil similaire à celui représenté sur la figure 2. Le conduit convergent 2 présente ici une paroi latérale en trompette inversée. II peut également s'agir d'un profil conique dans lequel la paroi latérale 5 du conduit convergent présente une forme tronconique. Dans tous les cas, le conduit convergent présente une section dont la surface diminue d'un bout à l'autre de ce conduit convergent. De préférence, la surface de la section du conduit convergent diminue progressivement et continument d'un bout à l'autre. 10 Le conduit convergent 2 débouche dans une partie centrale 21 du conduit de circulation 20. Cette partie centrale 21 présente ici une section uniforme dont la surface est inférieure à la surface de la section de la partie initiale 20A du conduit de circulation 20 (figure 2). Par exemple, la section de la partie initiale 20A du conduit de circulation 15 étant de 20 centimètres carré, la section de la partie centrale 21 du conduit de circulation 20 en sortie du conduit convergent 2 est égale à 5 centimètres carré. La restriction de la section du flux du gaz dans le conduit convergent 2 est adaptée à accélérer le flux de gaz jusqu'à des vitesses transsoniques ou supersoniques, c'est-à-dire à accélérer au moins une partie de ce flux de gaz 20 jusqu'à des vitesses supérieures ou égales à la vitesse de propagation du son dans ce gaz. Dans la partie centrale 21 du conduit de circulation des gaz 20 située en aval du conduit convergent 20 est disposé un moyen de génération d'une onde de choc. 25 Ce moyen de génération d'une onde de choc peut également contribuer à accélérer le flux de gaz. Ce moyen de génération d'une onde de choc est par exemple un élément profilé 3 générateur d'ondes de choc tel que représenté sur les figures 3, 4 et 5. 30 L'élément profilé 3 représenté sur la figure 3 présente une face plane 3A tournée vers la sortie du conduit convergent et deux faces latérales opposées 3B, 3C courbes qui se rejoignent le long d'une arête 3D disposée à l'opposé de la sortie du conduit convergent, en aval du flux de gaz. La figure 4 montre une variante de cet élément profilé 3 dans lequel la face 3A tournée vers la sortie du conduit convergent 2 est courbe et non plate. Comme représenté sur la figure 3, l'élément profilé 3 est allongé selon un axe longitudinal X. Cet axe longitudinal X relie ici le milieu de la face plane 3A et le milieu de l'arête 3D de l'élément profilé 3. L'axe longitudinal X de l'élément profilé s'étend le long de l'axe longitudinal de la partie centrale 21 du conduit de circulation 20. Plus précisément, l'élément profilé 3 s'étend selon un plan de symétrie du conduit de circulation 20 des gaz. Ce conduit 20 étant par exemple de section circulaire, l'élément profilé 3 s'étend transversalement le long d'un diamètre du conduit de circulation des gaz. L'élément profilé 3 s'étend de préférence sur toute la largeur de la partie centrale 21 du conduit de circulation 20, c'est-à-dire ici sur toute la longueur du diamètre de cette partie centrale 21. L'arête 3D de l'élément profilé 3 s'étend ici transversalement le long d'un diamètre de la partie centrale 21 du conduit 20. De manière générale, la géométrie de l'élément profilé 3 et sa position dans le conduit de circulation des gaz 20 sont adaptées à accélérer le flux de gaz sortant du conduit convergent 2. Plus précisément, elles sont adaptées à accélérer le flux de gaz jusqu'à des vitesses supersoniques de préférence supérieures à Mach 1, de préférence comprises entre Mach 1,5 et Mach 8. Des vitesses supérieures peuvent être souhaitées afin d'obtenir des performances de refroidissement supérieures. Les caractéristiques des éléments profilés adaptés, notamment les équations de surface des faces latérales de ces éléments profilés, sont bien connues de l'homme du métier et peuvent par exemple être choisies parmi la série des « NACA Air Foils Series », regroupée dans un document publié par l'université Clarkson, disponible par exemple en ligne à l'adresse suivante :http://people.clarkson.edu/-pmarzocc/AE429/The%20NACA%20airfoil% 20series.pdf.

On peut choisir de préférence un profil de la série 6 dans ce document. Les caractéristiques précises de l'élément profilé sont spécifiques à chaque application. En variante, tout objet adapté à créer une onde de choc dans le flux de gaz peut être utilisé, quelle que soit sa forme.

Du fait de l'accélération brutale du gaz à des vitesses supersoniques sur l'élément profilé 3, des ondes de choc OC sont créées dans le gaz à l'avant et à l'arrière de l'élément profilé 3, c'est-à-dire au niveau de sa face 3A orientée vers la sortie du conduit convergent 2 et au niveau de l'arête 3D.

L'augmentation brutale de la pression au niveau de ces deux ondes de choc OC se fait en conditions adiabatiques et la température du gaz augmente considérablement. De la chaleur est donc créée lors de la génération de ces ondes de choc. On a représenté sur la figure 3, au droit de l'élément profilé 3, l'allure de la variation de la température (traits pointillés) et de la pression (trait continu) du gaz le long de l'élément profilé 3. L'augmentation de la température aux deux extrémités longitudinales de l'élément profilé est bien visible sur cette figure. La formule ci-dessous donne l'ordre de grandeur de la température T en degrés Celsius atteinte sur le bord d'attaque d'un profil en fonction du nombre de Mach noté m: T(°C) = 39m2 - 24m -18 La température de l'élément profilé 3 peut atteindre plusieurs centaines 20 de degrés. Elle atteint par exemple 261 degrés Celsius à Mach 3. L'élément profilé 3 récupère une partie de cette chaleur par conduction. La chaleur du gaz est ainsi transmise à l'élément profilé 3 lors de la formation des ondes de chocs OC. On évacue ensuite cette chaleur loin de l'élément profilé, à distance du 25 flux de gaz. Le dispositif 10 comporte à cet effet un moyen d'évacuation de la chaleur comprenant par exemple un moyen pour acheminer la chaleur créée jusqu'à un échangeur de chaleur disposé à distance de l'élément profilé 3, en dehors du conduit de circulation 20 du gaz. 30 Un tel moyen d'évacuation de la chaleur est représenté schématiquement sur les figures 4 et 5. Il comprend un échangeur de chaleur 33 extérieur au conduit de circulation 20, lequel est ventilé par un flux de gaz, par exemple de l'air, à une température inférieure à celle du flux de gaz circulant dans le conduit de circulation 20 au niveau de l'onde de choc. L'échangeur de chaleur 33 est par exemple un radiateur à ailettes ventilé par un flux d'air à température ambiante créé par un ventilateur 62 alimenté par un moteur électrique 61 (figure 1).

En variante, il peut s'agir de tout moyen d'échange de chaleur connu de l'homme du métier. Cet échangeur de chaleur est relié thermiquement à l'élément profilé 3 par le moyen pour acheminer la chaleur depuis l'élément profilé jusqu'à l'échangeur de chaleur.

Dans l'exemple représenté sur les figures 4 et 5, ce moyen pour acheminer la chaleur comporte un ou plusieurs conduits de circulation d'un liquide 32, par exemple de l'eau pure, de l'eau glycolée, de l'alcool éthylique ou de l'acétone. Ici, il est plus précisément prévu quatre conduits de circulation d'un liquide qui s'étendent transversalement à l'axe longitudinale X de l'élément profilé 3, c'est-à-dire parallèlement à l'arête 3D de l'élément profilé. Ces conduits de circulation de liquide 32 sont groupés deux par deux à proximité des extrémités longitudinales de l'élément profilé 3. Ces conduits de circulation d'un liquide 32 sont réalisés dans un 20 matériau conduisant la chaleur de manière efficace, par exemple en métal. Ils sont reliés thermiquement au radiateur à ailettes 33. Lorsque le liquide passe dans les conduits de circulation du liquide 32, à travers l'élément profilé 3, le liquide chauffe. Ensuite, la chaleur du liquide est évacuée hors du dispositif 10, dans l'atmosphère, lors du passage dans le 25 radiateur à ailettes 33. Les conduits de circulation d'un liquide peuvent également être remplacés par des conduits de circulation d'un gaz. On utilise par exemple une circulation d'air. La chaleur stockée par l'élément profilé peut également être acheminée 30 jusqu'à l'échangeur thermique par un pont thermique en métal. Le moyen d'évacuation de la chaleur peut également comprendre un caloduc, un dispositif thermoélectrique dont le fonctionnement est basé sur la diminution de température observée lors du passage d'un courant électrique dans une jonction PN entre deux semi-conducteurs, ou un dispositif magnétocalorique dont le fonctionnement est basé sur la diminution de température observée lorsque certains types de matériaux magnétiques connus sont plongés dans un champ magnétique. De tels dispositifs sont connus de l'homme du métier.

Le caloduc se présente par exemple sous la forme d'un tube hermétique qui renferme un liquide. À un bout du caloduc disposé près de l'élément profilé, le liquide chauffe et se vaporise en emmagasinant de l'énergie provenant de la chaleur émise par cet élément profilé. Ce gaz se diffuse alors dans le caloduc jusqu'au niveau d'un dissipateur thermique, par exemple le radiateur à ailettes, où il est refroidi, jusqu'à ce qu'il se condense pour redevenir à nouveau un liquide. Le gaz cède ainsi de l'énergie à l'air ambiant sous forme de chaleur. Le liquide retourne à son point de départ par capillarité, par exemple le long de rainures ménagées à l'intérieur du tube constituant le caloduc.

En aval de l'élément profilé 3 est disposé un moyen d'élargissement de la section du flux de gaz 4, couramment appelé « conduit divergent » 4. Ce conduit divergent 4 relie la partie centrale 21 du conduit de circulation de gaz 20 qui contient l'élément profilé 3 à une partie finale 41 du conduit de circulation 20 dont la section présente une surface supérieure à la surface de la section de cette partie centrale 21 du conduit de circulation 20. Deux modes de réalisation possibles du conduit divergent 4 sont représentés sur les figures 6 et 7. La figure 6 montre un premier mode de réalisation dans lequel le conduit divergent présente une paroi latérale 42 dont la section s'élargit progressivement, ici en forme de trompette. En variante, cette paroi latérale peut présenter une forme tronconique. La figure 7 montre un deuxième mode de réalisation dans lequel le conduit divergent comporte une enceinte 43, par exemple de forme cylindrique ou parallélépipédique, comprenant deux parois opposées 44, 45 transversales au flux de gaz. La partie centrale 21 du conduit de circulation de gaz débouche dans l'enceinte 43 à travers l'une 44 de ces deux parois, située la plus en amont de flux de gaz et l'autre paroi opposée 45 comporte une ouverture débouchant dans le conduit final 41. La section de l'enceinte 43 est ainsi supérieure à la section de la partie centrale 21 comme de la partie finale 41 du conduit de circulation des gaz 20. Comme expliqué plus loin, ce deuxième mode de réalisation présente l'avantage de limiter les risques de givrage à l'intérieur du dispositif de refroidissement 10 lorsque le gaz utilisé est de l'air ambiant.

Quel! que soit le mode de réalisation du conduit divergent 4, en sortie de ce conduit divergent, le gaz revient à une pression proche de la pression atmosphérique et sa température diminue. Son énergie étant bien plus faible qu'en entrée au vu de la chaleur évacuée par le moyen d'évacuation de la chaleur décrit précédemment, sa température est considérablement plus basse qu'en entrée du dispositif 10. Avec une évacuation totale de la chaleur du flux de gaz liée aux ondes de choc, c'est-à-dire en assurant un retour à température ambiante du flux de gaz en aval de l'élément profilé 3, on obtient un abaissement de température de 143 degrés Celsius après le retour de ce flux de gaz à pression ambiante en sortie du conduit divergent 4. On a donc déjà considérablement refroidi le flux de gaz. Il est donc possible d'utiliser directement le flux de gaz refroidi issu du conduit divergent pour refroidir une machine quelconque. Cependant, les performances du dispositif de refroidissement 10 peuvent encore être améliorées en ajoutant, comme cela est représenté sur la figure 1, un ou plusieurs éléments profilés générateurs de turbulence 5 en sortie du conduit divergent 4. Ces éléments profilés générateurs de turbulence 5 présentent typiquement un profil en aile d'avion, comme représenté plus particulièrement sur la figure 8, c'est-à-dire une section longitudinale similaire à la section d'une aile d'avion. Ils sont disposés dans la partie finale 41 du conduit de circulation des gaz 20. Ils présentent une forme allongée selon un axe parallèle à l'axe longitudinale de la partie finale 41 du conduit 20, avec une partie plus épaisse disposée en amont du flux de gaz et une partie plus fine disposée en aval. La forme de ces éléments profilés et leur position dans la partie finale 41 du conduit de circulation des gaz 20 sont adaptées à générer des tourbillons de Prandtl 51 à leur extrémité la plus fine, en aval du flux de gaz (figures 8 et 9).

Les caractéristiques des éléments profilés générateurs de turbulences adaptés sont bien connues de l'homme du métier et sont par exemple référencées dans le recueil intitulé « NACA Air Foils Series » cité précédemment. On peut prévoir une pluralité d'éléments profilés générateurs de turbulences disposés en parallèle, les uns à la suite des autres d'amont en aval dans la partie finale 41 du conduit de circulation des gaz 20. De préférence, chaque élément profilé générateur de turbulence occupe une grande partie de la largeur transversale de la partie finale 41 du conduit de circulation des gaz 20.

La pression du gaz baisse considérablement au milieu du tourbillon de Prandtl formé en aval de chaque élément profilé générateur de turbulences, créant une zone de basse température au centre de ce tourbillon. La température du gaz peut ainsi être encore abaissée localement d'environ 20 degrés Celsius.

En contrepartie, la densité du gaz est réduite. La forme précise de l'élément profilé générateur de turbulences 5 permet d'ajuster la pression au sein du tourbillon et donc les diminutions de la température et de la densité liées à ce tourbillon. Selon une variante du dispositif selon l'invention, on utilise un conduit 20 convergent adapté à accélérer le flux de gaz jusqu'à des vitesses supérieures ou égales à Mach 5, par exemple comprises entre Mach 5 et Mach 8. A ces vitesses, le transfert de chaleur est essentiellement radiatif. Afin de favoriser le stockage de la chaleur par l'élément profilé générateur d'onde de choc, on utilise alors un élément profilé de couleur sombre. 25 On utilise également une partie centrale du conduit de circulation des gaz dans laquelle la surface interne de la paroi latérale est de couleur claire, voire polie et réfléchissante. Ainsi, un maximum de chaleur est stocké par l'élément profilé générateur d'onde de choc et peut être évacué grâce au moyen d'évacuation de la chaleur. 30 Le flux de gaz dans le dispositif 10 est par exemple un flux d'air. En variante, il peut s'agir d'un flux de gaz quelconque, par exemple du dihydrogène, du dioxygène, du méthane ou du fréon. Dans le cas où l'on utilise un flux d'air, il est important d'éviter le givrage de l'eau présente dans ce flux d'air.

II y a un risque de givrage dans le conduit divergent en aval de l'élément profilé générateur d'onde de choc et sur les éléments profilés générateurs de turbulences car le flux d'air est déjà refroidi lorsqu'il arrive sur ces éléments. L'utilisation d'un conduit divergent selon le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 7 permet d'éloigner la paroi du conduit divergent de la zone de flux d'air entrant dans le conduit divergent et limite les risques de givrage. On peut également envisager de maintenir les zones du dispositif susceptibles de givrer à des températures plus élevées. Ceci limite cependant les performances de refroidissement du dispositif.

On peut utiliser le dispositif de refroidissement 10 pour refroidir toute machine électrique, magnétique, mécanique ou chimique s'échauffant lors de son fonctionnement. Le fonctionnement des machines électriques dégage en effet de la chaleur du fait des pertes Joules dans les conducteurs électriques et les machines comportant des éléments magnétiques s'échauffent en raison des pertes appelées « perte Fer » dans les tôles et aimants de ces machines. Les machines mécaniques peuvent s'échauffer par frottement et les machines chimiques en raison du caractère exothermique de certaines réactions chimiques. Dans tous les cas, l'échauffement d'une machine limite ses 20 performances et diminue sa durée de vie. L'utilisation du dispositif 10 de refroidissement selon l'invention permet de refroidir la machine placée sur le trajet du flux de gaz refroidi sortant. La détérioration de la machine est ainsi limitée et le rendement de cette machine est amélioré.

25 Le givrage n'est pas un problème sur la machine à refroidir : la chaleur dégagée par la machine peut soit faire fondre la glace, soit en empêcher sa formation. Le dispositif de refroidissement d'un gaz 10 selon l'invention présente l'avantage d'être simple à mettre en oeuvre et de fournir un flux de gaz très froid 30 pour refroidir efficacement tout type de machines électriques, mécaniques, chimiques. En particulier, le dispositif de refroidissement 10 selon l'invention peut être utilisé pour refroidir un moteur électrique de propulsion d'un véhicule automobile de puissance comprise entre 20 et 80 kiloWatts et présentant une forme globalement cylindrique de diamètre environ égal à 300 millimètres pour une longueur comprise entre 200 et 300 millimètres. Bien évidemment, le dispositif de refroidissement peut également être utilisé pour refroidir des moteurs électriques de dimensions inférieures ou de 5 dimensions supérieures à celles précitées.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de refroidissement d'un gaz comprenant successivement, sur le trajet du gaz : un moyen de mise en mouvement (1) du gaz adapté à créer un flux de gaz, - un moyen d'accélération (2) du flux de gaz à une vitesse supersonique, - un moyen de génération d'au moins une onde de choc (3) dans le flux de gaz, - un moyen d'évacuation (32, 33) de la chaleur créée lors de la génération de l'onde de choc, et un moyen d'élargissement (4) de la section du flux de gaz.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le moyen de mise en mouvement du gaz comporte un compresseur (11).
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit moyen d'accélération comporte un moyen de restriction de la section du flux de gaz créé par ledit moyen de mise en mouvement du gaz.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit moyen de restriction (2) comporte un conduit convergent (2).
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit moyen de génération d'une onde de choc comporte un élément profilé (3) générateur d'ondes de choc.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit moyen d'évacuation de la chaleur comporte un échangeur de chaleur (33) disposé à distance du moyen d'accélération et un moyen (32) pour acheminer la chaleur créée jusqu'à cet échangeur de chaleur (33).
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit moyen de génération d'une onde de choc comportant un élément profilé générateur d'ondes de choc, ledit moyen d'évacuation (32,33) de la chaleur comporte un circuit de circulation d'un fluide (32) passant à l'intérieur dudit élément profilé (3) et s'étendant jusqu'à l'échangeur de chaleur (33).
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel leditéchangeur de chaleur (33) comporte un radiateur à ailettes.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit moyen d'élargissement de la section du flux de gaz comporte un conduit divergent (4).
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel il est prévu, à la sortie du moyen d'élargissement (4) du flux de gaz, au moins un moyen de génération de tourbillons (5) dans le flux de gaz.
11. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ledit moyen de génération de tourbillons comporte un élément profilé (5) présentant une section selon la direction du flux de gaz de forme similaire à la section d'une aile d'avion, et dont la partie la plus fine est orientée en aval du flux de gaz.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédente, dans lequel le gaz refroidi est de l'air.
13. 13. Procédé pour générer un flux de gaz refroidi, selon lequel on réalise successivement les étapes suivantes : - on met en mouvement le gaz de manière à créer un flux de gaz, - on accélère le flux de gaz à une vitesse supersonique, - on génère une onde de choc dans le flux de gaz, - on évacue la chaleur créée lors de la génération de l'onde de choc dans le flux de gaz, - on élargit la section de ce flux de gaz.
14. 14. Procédé selon la revendication 13, selon lequel on réalise en outre l'étape suivante après l'étape d'élargissement de la section du flux de gaz : - on génère des tourbillons dans le flux de gaz.
15. 15. Procédé de refroidissement d'une machine électrique selon lequel on utilise un dispositif (10) de refroidissement d'un gaz selon l'une des revendications 1 à 12 pour créer un flux de gaz refroidi et on place ladite machine électrique à refroidir sur le trajet de ce flux de gaz refroidi, en sortie dudit dispositif de refroidissement.