FR3073564B1 - Dispositif de ventilation pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de ventilation destiné à générer un flux d'air en direction d'un échangeur de chaleur de véhicule automobile, comprenant : des tubes (3), chaque tube (3) étant muni d'au moins une ouverture d'éjection d'un flux d'air distincte de ses extrémités, au moins un collecteur d'air (5) pour distribuer l'air aux tubes (3), un moyen (21) de mise en mouvement de l'air à destination dudit au moins un collecteur, et un élément de réduction de bruit (30) généré par ledit moyen de mise en mouvement d'air (21).

Description

L’invention a pour objet un dispositif de ventilation pour véhicule automobile.

L'invention se rapporte au domaine de l’automobile, et plus particulièrement au domaine de la circulation d’air pour le refroidissement du moteur et de ses équipements.

Les véhicules à moteur, qu’ils soient à combustion ou électriques, ont besoin d'évacuer les calories que génère leur fonctionnement et sont pour cela équipés d'échangeurs de chaleur. Un échangeur de chaleur de véhicule automobile comprend généralement des tubes, dans lesquels un fluide caloporteur est destiné à circuler, notamment un liquide tel que l’eau, et des éléments d’échange de chaleur reliés à ces tubes, souvent désignés par le terme « ailettes >> ou « intercalaires >>. Les ailettes permettent d’augmenter la surface d’échange entre les tubes et l’air ambiant.

Toutefois, afin d’augmenter encore l’échange de chaleur entre le fluide caloporteur et l’air ambiant, il est fréquent qu’un dispositif de ventilation soit utilisé en sus, pour générer ou accroître un flux d’air dirigé vers les tubes et les ailettes.

Un tel dispositif de ventilation comprend le plus souvent un ventilateur à hélice, qui présente plusieurs inconvénients.

En premier lieu, l’ensemble formé par le ventilateur à hélice et son système de motorisation occupe un volume important.

De plus, la distribution de l’air ventilé par l’hélice, souvent placée au centre de la rangée de tubes, n’est pas homogène sur l’ensemble de la surface de l’échangeur de chaleur. En particulier, certaines régions de l’échangeur de chaleur, comme les extrémités des tubes caloporteurs et les coins de l’échangeur de chaleur, ne sont pas ou peu atteintes par le flux d’air éjecté par l’hélice.

Par ailleurs, lorsque la mise en marche du dispositif de ventilation ne s’avère pas nécessaire, notamment lorsque l’échange de chaleur avec l’air ambiant suffit à refroidir le fluide caloporteur, les pales de l’hélice obstruent ou « masquent >> en partie l’écoulement de l’air ambiant vers les tubes et les ailettes. Ceci limite l’échange de chaleur entre l’air ambiant, d’une part, et les tubes et les ailettes, d’autre part.

Un autre inconvénient réside dans le fait que, quand la température extérieure est peu élevée voire négative, le ventilateur à hélice souffle un air froid sur l’échangeur de chaleur, ce qui a pour conséquence de ralentir la montée en température du moteur du véhicule.

De surcroît, dans ce cas, les frictions du moteur sont moins vite réduites, ce qui augmente la consommation du véhicule et donc l’émission de dioxyde de carbone.

Un but de l’invention est de fournir un dispositif de ventilation pour échangeur de chaleur ne présentant pas au moins certains des inconvénients des dispositifs de ventilation pour échangeur de chaleur connus.

A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de ventilation destiné à générer un flux d’air en direction d’un échangeur de chaleur de véhicule automobile, comprenant des tubes, chaque tube étant muni d’au moins une ouverture d’éjection d’un flux d’air distincte de ses extrémités, au moins un collecteur d’air pour distribuer l’air aux tubes, un moyen de mise en mouvement de l’air à destination dudit au moins un collecteur, et un élément de réduction de bruit généré par ledit moyen de mise en mouvement d’air.

Ainsi, avantageusement, la pluralité de tubes desquels est éjecté de l’air permet de remplacer l’hélice conventionnelle disposée devant les tubes de circulation d’un fluide caloporteur de l’échangeur de chaleur, sans en présenter les inconvénients évoqués ci-dessus.

En effet, à capacités d’échange de chaleur égales, le volume occupé par un tel dispositif de ventilation est bien moindre qu’un dispositif de ventilation à hélice. En outre, la répartition de l’air ventilé par les tubes est plus facile à contrôler et peut être rendue plus homogène.

En outre, grâce au dispositif selon l’invention, on limite l’obstruction de l’écoulement de l’air vers l’échangeur de chaleur. En effet, les tubes du dispositif de ventilation peuvent avantageusement être disposés en regard de zones de faible échange de chaleur de l’échangeur de chaleur, dites « zones mortes », telles que les faces frontales des tubes traversés par le fluide caloporteur, qui ne sont pas en contact avec des ailettes de refroidissement. Ceci n’est pas réalisable avec une hélice conventionnelle.

Par ailleurs, l’invention permet de déporter les moyens d’éjection d’air alimentant en flux d’air les tubes du dispositif de ventilation, à distance de la rangée de tubes de circulation de fluide caloporteur, ce qui offre davantage de libertés dans la conception de l’échangeur de chaleur.

De plus, l’élément de réduction de bruit permet d’atténuer les ondes sonores générées par le moyen de mise en mouvement de l’air et qui pourraient provoquer un inconfort pour les occupants du véhicule automobile.

Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif comprend un conduit d’alimentation en air dudit au moins un collecteur d’air, le moyen de mise en mouvement de l’air étant disposé dans le conduit d’alimentation en air.

Selon une autre caractéristique de l’invention, l’élément de réduction de bruit est disposé dans le conduit d’alimentation en air, en amont ou/et en aval du moyen de mise en mouvement de l’air.

Selon une autre caractéristique de l’invention, l’élément de réduction de bruit comprend une pièce de matériau d’absorption d’ondes sonores et/ou une spirale.

Selon une autre caractéristique de l’invention, l’élément de réduction de bruit comprend un coude du conduit d’alimentation en air.

Selon une autre caractéristique de l’invention, chaque tube présente une section comprenant un bord d’attaque, un bord de fuite, opposé au bord d’attaque, un premier et un deuxième profils, s’étendant chacun entre le bord d’attaque et le bord de fuite, ladite au moins une ouverture du tube étant sur l’un des premier et deuxième profils, ladite au moins une ouverture étant configurée de sorte qu’un flux d’air sortant de l’ouverture s’écoule le long d’au moins une portion dudit un des premier et deuxième profils.

Selon une autre caractéristique de l’invention, l’un au moins des tubes est monté pivotant.

De ce fait, le dispositif de ventilation selon la présente invention propose une fonction d’obturation d’arrivée d’air ainsi qu’une fonction de ventilation des échangeurs dans un espace compact permettant une meilleure gestion thermique d’un véhicule automobile, puisque la grille est soufflante.

Selon l’orientation des tubes, le dispositif permet d'ajuster le débit d'air qui arrive à l’échangeur de chaleur, permettant d'optimiser la gestion thermique.

Selon une autre caractéristique de l’invention, ledit au moins un tube pivotant est monté orientable entre une position fermée et une position ouverte, la position fermée laissant un espace entre ledit tube et un tube adjacent qui est inférieur à un espace entre ledit tube et ledit tube adjacent dans la position ouverte.

De préférence, les tubes sont positionnés les uns relativement aux autres de sorte à bloquer un flux d’air en position fermée, et de sorte à laisser circuler un flux d’air en position ouverte.

Selon une autre caractéristique de l’invention, l’élément de réduction de bruit comprend un filtre à air.

L’invention a également pour objet un module d’échange de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de ventilation tel que décrit précédemment, et un échangeur de chaleur, le dispositif de ventilation et l’échangeur de chaleur étant positionnés l’un relativement à l’autre de sorte qu’un flux d’air mis en mouvement par le dispositif de ventilation alimente en air l’échangeur de chaleur.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 illustre une vue en perspective d'un module d’échanges de chaleur équipé d’un dispositif de ventilation selon la présente invention ;

- la figure 2 illustre une vue en coupe transversale de deux tubes de la figure 1 ;

- la figure 3 illustre une vue en coupe transversale d’un dispositif de ventilation selon la présente invention dans une première position ;

- la figure 4 illustre une vue en coupe transversale du dispositif de ventilation de la figure 3, dans une deuxième position ;

- la figure 5 illustre une vue en perspective d’un détail d’un dispositif de ventilation selon un mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 6 illustre une vue coupe partielle du dispositif de la figure 5, un moyen de mise en mouvement de l’air n’étant pas représenté ;

- la figure 7 illustre une vue en perspective d’un détail d’un dispositif de ventilation selon un autre mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 8 illustre une vue coupe partielle du dispositif de la figure 7, un moyen de mise en mouvement de l’air n’étant pas représenté ; et

- la figure 9 illustre une vue en perspective du dispositif de la figure 1 selon un autre mode de réalisation de l’invention.

Module d’échange de chaleur

L’invention a pour objet un dispositif de ventilation 1 pour véhicule automobile.

L’invention a également pour objet un module d’échange de chaleur 100, comprenant le dispositif de ventilation 1 et un échangeur de chaleur 101.

Comme visible sur la figure 1, le dispositif de ventilation 1 et l’échangeur de chaleur 101 sont positionnés l’un relativement à l’autre de sorte qu’un flux d’air mis en mouvement par le dispositif de ventilation 1 alimente en air l’échangeur de chaleur, de préférence pour refroidir le moteur du véhicule automobile.

Le dispositif de ventilation 1 est disposé en amont de l’échangeur de chaleur 101 sur la figure 1 (relativement à un flux d’air provenant de l’extérieur du véhicule en mouvement).

Néanmoins, le dispositif de ventilation peut également être disposé en aval de l’échangeur de chaleur 101.

Dispositif de ventilation

Comme visible sur les figures, le dispositif de ventilation 1 comprend une pluralité de tubes 3.

Les tubes sont avantageusement réalisés en matériau plastique, ou plastique dopé, ou en matériau métallique.

De préférence, les tubes 3 sont sensiblement rectilignes, parallèles entre eux et alignés de manière à former une ou plusieurs rangées de tubes.

L’ensemble des tubes 3 constitue une grille de soufflage 30.

Le dispositif de ventilation 1 comprend également un dispositif d’alimentation en air d’un flux d’air F.

Ce dispositif alimente les tubes de ventilation 3 via un circuit d’alimentation en air 4.

Le circuit d’alimentation en air 4 comporte notamment deux collecteurs d’admission d’air 5 auxquels sont reliés les tubes de ventilation 3 par l’intermédiaire d’entrées d’alimentation en air situées à chacune de leurs extrémités 6, 7.

Comme visible sur les figures, les deux collecteurs 5 s’étendent parallèlement l’un à l’autre, orthogonalement aux tubes 3.

Comme illustré sur les figures 5 à 9, le circuit d’alimentation 4 comprend un conduit d’alimentation 20 muni d’un ou plusieurs moyens de mise en mouvement de l’air, appelé(s) turbomachine(s) dans la suite de la description.

Sur les figures, une turbomachine est illustrée et référencée 21.

La turbomachine illustrée 21 est de type à canal de retour, c’est-à-dire à flux d’air mi-axial, mi-radial.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type de turbomachine, et la turbomachine peut être purement radiale ou en partie seulement radiale, dont les dimensions, son diamètre externe notamment, varient en fonction de la performance souhaitée du dispositif de ventilation 1.

Comme il ressort des figures 5 à 9, le conduit d’alimentation 20 comprend avantageusement un logement 22 conformé pour recevoir la turbomachine 21.

L’invention est maintenant plus particulièrement décrite en relation avec la figure 2.

Comme visible sur la figure 2, chaque tube de ventilation 3 comprend une ouverture 10 distincte des extrémités 6, 7, pour éjecter l’air hors du tube 3.

De préférence, les ouvertures 10 sont destinées à être disposées en regard de l’échangeur de chaleur.

Comme visible sur la figure 2, chaque tube 3 comprend une paroi longitudinale 19 dont une section transversale comprend un bord d’attaque 11 libre, un bord de fuite 15 et un premier et un deuxième profils 12, 14, s’étendant chacun entre le bord d’attaque 11 et le bord de fuite 15.

Le bord de fuite 15 est de préférence disposé en regard de l’échangeur de chaleur.

La paroi longitudinale 19 est délimitée par une surface interne 16 et une surface externe 18.

Chaque ouverture 10 est pratiquée dans la paroi longitudinale 19 du tube 3, de préférence dans l’un ou l’autre des profils 12, 14.

Sur la figure 2, chaque ouverture 10 est positionnée à proximité du bord d’attaque 11.

Comme également visible sur la figure 2, les ouvertures 10 de la paire de tubes 3 illustrée sont pratiquées dans les profils 12 se faisant face.

Ainsi, les tubes de ventilation 3 et leurs ouvertures 10 sont configurés de sorte que le flux d’air F circulant dans les tubes de ventilation 3 soit éjecté par l’ouverture 10 en s’écoulant le long de chaque profil 12, sensiblement jusqu’à leurs bords de fuite 52, par effet Coanda.

Le flux d’air F éjecté des tubes 3 permet d’accélérer un autre flux F’ dans un sens d’écoulement vers l’échangeur de chaleur.

On note que les sections transversales des tubes 3 sont telles que les profils 12 s’étendent dans un sens d’éloignement des tubes 3 depuis les bords d’attaque 11 jusqu’aux bords de fuite 15.

Comme il ressort des figures 5 à 10, le dispositif de ventilation est muni d’un moyen de protection d’au moins l’un des tubes 3, référencé 50.

Tubes montés orientables

Au moins l’un des tubes de ventilation 3 est monté orientable, de préférence pivotant.

Sur le mode de réalisation illustré, tous les tubes 3 sont montés pivotants.

Comme il ressort des figures, les tubes 3 sont montés pivotants entre une position fermée (figure 3) et une position ouverte (figure 4), la position fermée laissant un espace entre deux tubes 3 adjacents inférieur à un espace entre deux tubes 3 adjacents dans la position ouverte.

En d’autres termes, la quantité d’air circulant à travers la grille de soufflage 30 est plus importante en position ouverte qu’en position fermée.

Sur le mode de réalisation illustré, les tubes 3 sont positionnés les uns relativement aux autres de sorte à bloquer un flux d’air en position fermée, et de sorte à laisser circuler un flux d’air en position ouverte.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette configuration, et il tout à fait envisageable de prévoir une multitude de positions selon lesquelles plus ou moins d’air passe à travers les tubes.

Ainsi, le dispositif de ventilation 1 présente une fonction d’obturation d’arrivée d’air et une fonction de ventilation des échangeurs dans un espace compact permettant une meilleure gestion thermique d’un véhicule automobile, puisque la grille est soufflante.

Selon l’orientation des tubes, le dispositif 1 permet d'ajuster le débit d'air qui arrive à l’échangeur de chaleur, ce qui permet également d'optimiser l'efficacité de l’échangeur de chaleur.

La position fermée est avantageuse par exemple quand le véhicule circule, notamment à grande vitesse, puisque, dans cette position, le coefficient de traînée du véhicule est réduit, et son aérodynamisme amélioré.

La position ouverte est avantageuse par exemple quand le véhicule est à l’arrêt, puisque, dans cette position, l’aération du compartiment moteur est améliorée.

Elément de réduction de bruit

Le dispositif de ventilation 1 comprend également un élément de réduction de bruit généré par la turbomachine 21.

L’élément de réduction de bruit est illustré sur les figures 5 à 9 et référencé 30.

L’élément de réduction de bruit 30 permet d’atténuer les ondes sonores générées par la rotation de la turbomachine et qui pourraient provoquer un inconfort pour les occupants du véhicule automobile.

L’élément de réduction 30 est disposé dans le conduit d’alimentation 20, en amont et/ou en aval de la turbomachine 21.

Sur les figures 5 à 9, l’élément de réduction de bruit 30 est disposé dans le conduit d’alimentation en air 20, en amont ou/et en aval de la turbomachine 21.

En référence aux figures 5 et 6, l’élément de réduction de bruit 30 est une pièce de matériau d’absorption d’ondes sonore 31.

La pièce 31 se présente sous la forme d’une galette disposée dans le conduit d’alimentation 20, en amont de la turbomachine 21.

Sur les figures 5 et 6, le diamètre de la galette 31 coïncide avec le diamètre interne du conduit d’alimentation 20.

Le matériau formant la galette 31 présente une multitude de chemins sinueux en parallèle (visible sur la figure 7), ce qui lui permet d’absorber les réflexions successives des ondes acoustiques. Le matériau constitutif de la galette peut être identique à celui des collecteurs, à savoir : des plastiques (PP, PA6, ABS, etc.). Cependant, il peut aussi s’agir d’un matériau autre : aluminium, mousse fibreuse/poreuse.

En référence aux figures 7 et 8, l’élément de réduction de bruit 30 est une spirale 32. Le matériau constitutif de la spirale peut être identique à celui des collecteurs, à savoir : des plastiques (PP, PA6, ABS, etc.). Cependant, il peut s’agir d’un matériau autre (aluminium, mousse fibreuse/poreuse), qui est dans ce cas rapporté et inséré (pièce dite « add-on >> en anglais) dans le collecteur.

La spirale 32 permet de casser le front des ondes acoustiques se propageant dans le conduit d’alimentation 20, ce qui permet de réduire le bruit perçu dans l’habitacle du véhicule.

La spirale est disposée en aval de la turbomachine 21.

La spirale 32 présente une forme adaptée au logement 22, ce qui assure que la présence de la spirale 32 n’impacte pas le dimensionnement du conduit d’alimentation 20.

Comme visible sur les figures 7 et 8, la spirale 32 tapisse la paroi interne du conduit d’alimentation 20.

Comme il ressort également des figures, le diamètre de la spirale 32 diminue dans le sens d’écoulement de l’air puis reste constant du fait que le diamètre du conduit d’alimentation 20 en aval du logement 22 est constant.

Ainsi, un diamètre d’entrée D1 de la spirale 32 est supérieur à un diamètre de sortie D2 de la spirale 32.

Par entrée et sortie, on entend entrée et sortie de l’air circulant dans la spirale 32.

De préférence, la spirale présente une forme selon l’équation suivante :

L = 1,5/)1, où L est la longueur de la spirale 32, ce qui permet d’assurer que la spirale 32 agisse en tant qu’atténuateur acoustique tout en étant compacte.

En référence à la figure 9, l’élément de réduction de bruit 30 comprend un coude 33 du conduit d’alimentation en air 20. Le coude peut être un prolongement du collecteur contenant la turbomachine. Il peut alors être également en matière plastique (PP, PA6, etc.) comme le collecteur.

Selon ce mode de réalisation, l’élément de réduction de bruit 30 5 comprend également une galette 31, dont la forme et la position ont déjà été décrites en relation avec les figures 5 et 6.

Le coude 33 permet de casser les ondes sonores et de les rediriger dans une zone non gênante pour les occupants du véhicule automobile.

On note qu’avantageusement, l’élément de réduction de bruit comprend io un filtre à air. Le filtre servira à absorber les particules de poussière ou autres impuretés mais peut également servir d’atténuateur de bruit. Il peut s’agir par exemple d’un papier feutre.

Le filtre à air est dans ce cas formé par la galette 31.

On ajoute que les modes de réalisation sont combinables dans la mesure 15 où ils ne sont pas incompatibles.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de ventilation destiné à générer un flux d’air en direction d’un échangeur de chaleur de véhicule automobile, comprenant :

   - des tubes (3), chaque tube (3) étant muni d’au moins une ouverture d’éjection (10) d’un flux d’air (F) distincte de ses extrémités (6, 7),

   - au moins un collecteur d’air (5) pour distribuer l’air aux tubes (3),

   - un moyen (21) de mise en mouvement de l’air à destination dudit au moins un collecteur,

   - un élément de réduction de bruit (30) généré par ledit moyen de mise en mouvement d’air (21).
2. 2. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, comprenant un conduit d’alimentation en air (20) dudit au moins un collecteur d’air (5), le moyen (21) de mise en mouvement de l’air étant disposé dans le conduit d’alimentation en air (20).
3. 3. Dispositif de ventilation selon la revendication précédente, dans lequel l’élément de réduction de bruit (30) est disposé dans le conduit d’alimentation en air (20), en amont ou/et en aval du moyen de mise en mouvement de l’air (21 ).
4. 4. Dispositif de ventilation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément de réduction de bruit (30) comprend une pièce de matériau d’absorption d’ondes sonores (31) et/ou une spirale (32).
5. 5. Dispositif de ventilation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément de réduction de bruit (30) comprend un coude (33) du conduit d’alimentation en air (20).
6. 6. Dispositif de ventilation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque tube (3) présente une section comprenant :

   - un bord d’attaque (11),

   - un bord de fuite (15), opposé au bord d’attaque (11),

   - un premier et un deuxième profils (12, 14), s’étendant chacun entre le bord d’attaque (11 ) et le bord de fuite (15), ladite au moins une ouverture (10) du tube (3) étant sur l’un des premier et deuxième profils (12, 14), ladite au moins une ouverture (10) étant configurée de sorte qu’un flux d’air sortant de l’ouverture (10) s’écoule le long d’au moins une portion dudit un des premier et deuxième profils (12, 14).
7. 7. Dispositif de ventilation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’un au moins des tubes (3) est monté pivotant.
8. 8. Dispositif de ventilation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément de réduction de bruit (30) comprend un filtre à air.
9. 9. Module d’échange de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de ventilation selon l’une des revendications précédentes, et un échangeur de chaleur, le dispositif de ventilation et l’échangeur de chaleur étant positionnés l’un relativement à l’autre de sorte qu’un flux d’air mis en mouvement par le dispositif de ventilation alimente en air l’échangeur de chaleur.