FR3100483A1 - Module de refroidissement pour véhicule automobile à turbomachine tangentielle - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un module de refroidissement (22) pour véhicule automobile à moteur électrique, comprenant :- au moins un échangeur thermique (24, 26, 28),- au moins une turbomachine tangentielle (30) apte à créer un flux d’air au contact dudit au moins un échangeur thermique (24, 26,28), et- un carénage (40) pour loger ledit au moins un échangeur thermique (24, 26,28) dans lequel le carénage (40) comporte au moins une empreinte (34-1, 34-2, 36-1, 36-2, 38-1, 38-2) de maintien au moins un échangeur thermique. Figure de l’abrégé : Figure 4
Description
L’invention se rapporte à un module de refroidissement pour véhicule automobile, de préférence pour véhicule automobile électrique, à turbomachine tangentielle. L’invention vise également un véhicule automobile muni d’un tel module de refroidissement.
Un module de refroidissement (ou module d’échange de chaleur) d’un véhicule automobile comporte classiquement au moins un échangeur thermique et un dispositif de ventilation adapté à générer un flux d’air au contact du au moins un échangeur thermique. Le dispositif de ventilation permet ainsi, par exemple, de générer un flux d’air au contact de l’échangeur thermique, à l’arrêt du véhicule.
Dans les véhicules automobiles à moteur thermique classiques, le au moins un échangeur thermique est de forme sensiblement carrée, le dispositif de ventilation étant alors un ventilateur à hélice dont le diamètre est sensiblement égal au côté du carré formé par l’échangeur thermique.
Classiquement, l’échangeur thermique est alors placé en regard d’au moins deux baies de refroidissement, formées dans la face avant de la carrosserie du véhicule automobile. Une première baie de refroidissement est située au-dessus du pare-chocs tandis qu’une deuxième baie est située au-dessous du pare-chocs. Une telle configuration est préférée car le moteur thermique doit également être alimenté en air, l’admission d’air du moteur étant classiquement située dans le passage du flux d’air traversant la baie de refroidissement supérieure.
Cependant, les véhicules électriques sont de préférence munis uniquement de baies de refroidissement situées sous le pare-chocs, de préférence encore d’une unique baie de refroidissement située sous le pare-chocs.
En effet, le moteur électrique n’a pas besoin d’être alimenté en air. Et la diminution du nombre de baies de refroidissement permet d’améliorer les caractéristiques aérodynamiques du véhicule électrique. Ceci se traduit également par une meilleure autonomie et une plus grande vitesse de pointe du véhicule automobile.
Dans ces conditions, la mise en œuvre d’un module de refroidissement classique apparait peu satisfaisante. En effet, une grande partie des échangeurs thermiques ne sont plus correctement refroidis par le flux d’air provenant uniquement de la ou des baies de refroidissement inférieure/s.
Un but de l’invention est de proposer un module de refroidissement pour véhicule automobile, préférentiellement pour véhicule automobile électrique ne présentant pas au moins certains des inconvénients susmentionnés.
Résumé
A cet effet, il est proposé un module de refroidissement pour véhicule automobile, de préférence à moteur électrique, comprenant au moins un échangeur thermique, au moins une turbomachine tangentielle apte à créer un flux d’air au contact dudit au moins un échangeur thermique, et un carénage pour loger ledit au moins un échangeur thermique, le carénage comportant au moins une empreinte dudit au moins un échangeur thermique.
Ainsi, avantageusement, le ou les échangeurs thermiques présente/nt des dimensions adaptées pour n’être refroidi/s qu’au moyen d’une ou plusieurs baies de refroidissement inférieures. En outre, la turbomachine tangentielle permet de créer un flux d’air à travers le ou les échangeurs thermiques avec un bien meilleur rendement que si un ventilateur à hélice était mis en œuvre.
De surcroît, l’empreinte permet à l’échangeur de chaleur d’être fermement maintenu dans le carénage tout en assurant une étanchéité optimale du module de refroidissement.
Selon un autre aspect, le module comprend deux empreintes disposées en regard l’une de l’autre, ledit au moins un échangeur thermique s’étendant dans le carénage entre lesdites deux empreintes.
Selon un autre aspect, chaque empreinte comprend une cavité de réception dudit au moins un échangeur thermique.
Selon un autre aspect, ledit au moins un échangeur thermique présente une forme générale de parallélépipède délimitée par une longueur, une hauteur et une épaisseur, chaque cavité présentant une épaisseur égale à l’épaisseur de l’échangeur de chaleur augmentée d’une valeur comprise entre 0 et 1 cm, de préférence 2 mm.
Selon un autre aspect, chaque empreinte comprend deux branches faisant saillie dans le carénage de sorte à maintenir ledit au moins un échangeur de chaleur en position.
Selon un autre aspect, le module comprend au moins une pièce de renfort entre ledit au moins un échangeur de chaleur et une surface interne du carénage.
Selon un autre aspect, le module comprend un dispositif pouvant passer d’une position de fermeture à une position d’ouverture du module de refroidissement.
Selon un autre aspect, le dispositif se présente sous la forme d’une pluralité de volets de guidage d’air montés pivotants entre une position de fermeture du module de refroidissement et au moins une position d’ouverture du module de refroidissement, les volets étant disposés, en position de fermeture, dans un plan formant un angle non nul avec une direction verticale lorsque le module est installé dans le véhicule automobile.
Selon un autre aspect, le module comprend une sortie d’air munie d’une grille de protection du module.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile, préférentiellement à moteur électrique, comprenant une carrosserie, un pare-chocs et un module de refroidissement tel que décrit précédemment, la carrosserie définissant une calandre munie d’au moins une baie de refroidissement disposée sous le pare-chocs, le module de refroidissement étant disposé en regard de la au moins une baie de refroidissement.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront encore 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 :
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
On note que, dans le mode de réalisation illustré, la turbomachine fonctionne en aspiration, c'est-à-dire qu’elle aspire l’air ambiant pour le conduire au contact des différents échangeurs thermiques, comme il va être détaillé. Alternativement, cependant, chaque turbomachine fonctionne par soufflage, soufflant l’air vers les différents échangeurs thermiques.
La figure 1 illustre de manière schématique la partie avant d’un véhicule automobile 10 pouvant comporter un moteur électrique 12. Le véhicule 10 comporte notamment une carrosserie 14 et un pare-chocs 16 portés par un châssis (non représenté) du véhicule automobile 10. La carrosserie 14 définit une calandre Cal munie d’une baie de refroidissement 18, c'est-à-dire une ouverture à travers la carrosserie 14. La baie de refroidissement 18 est ici unique. Cette baie de refroidissement 18 se trouve en partie basse de la face avant 14a de la carrosserie 14. Dans l’exemple illustré, la baie de refroidissement 18 est située sous le pare-chocs 16. Une grille 20 peut être disposée dans la baie de refroidissement 18 pour éviter que des projectiles puissent traverser la baie de refroidissement 18. Un module de refroidissement 22 est disposé en vis-à-vis de la baie de refroidissement 18. La grille 20 permet notamment de protéger ce module de refroidissement 22.
Sur les figures 1 à 6, une première direction, notée X, correspond à une direction longitudinale du véhicule. Elle correspond également à la direction d’avancement du véhicule. Une deuxième direction, notée Y, est une direction latérale ou transversale. Enfin, une troisième direction, notée Z, est verticale. Les directions, X, Y, Z sont orthogonales deux à deux.
Le module de refroidissement 22 comprend au moins un échangeur thermique. Sur les figures 2 à 6, le dispositif de ventilation 1 comprend trois échangeurs thermiques 24, 26, 28.
Le module de refroidissement 22 comprend également au moins un ventilateur tangentiel, aussi nommé turbomachine tangentielle ci-après, qui aspire un flux d’air F à destination des échangeurs de chaleur 24, 26, 28. Sur le mode de réalisation illustré, le module de refroidissement comprend une turbomachine 30. Celui-ci peut toutefois comporter plusieurs turbomachines 30 pouvant être disposées dans des configurations variées (non décrites dans cette demande).
La turbomachine tangentielle 30 comprend un rotor ou turbine 32 (ou hélice tangentielle). La turbine a une forme sensiblement cylindrique. La turbine comporte avantageusement plusieurs étages de pales (ou aubes), non illustrées. La turbine est montée rotative autour d’un axe de rotation A, par exemple parallèle à la direction Y.
Tel qu’illustré, le module de refroidissement 22 comporte un boîtier ou carénage 40 formant un canal interne d’air. Le carénage 40 permet de loger au moins les échangeurs thermiques 24, 26, 28. Il pourrait toutefois en loger un nombre différent suivant le design souhaité.
Le carénage 40 comprend au moins une empreinte associée à chaque échangeur thermique 24, 26, 28.
Sur le mode de réalisation illustré, le carénage 40 comprend deux empreintes 34-1, 34-2, 36-1, 36-2, 38-1, 38-2 associées respectivement à l’échangeur thermique 24, 26, 28, et détaillées ultérieurement.
Comme plus particulièrement visible sur les figures 2 à 4, le carénage 40 comprend une première paroi, dite supérieure, 42, et une deuxième paroi, dite inférieure, 44. Les parois supérieure et inférieure 42, 44, se font face.
Les parois supérieure et inférieure 42, 44, s’étendent entre une entrée d’air 46 du module de refroidissement 22 et un boîtier 48 de logement de la turbomachine 30.
L’entrée d’air 46 est disposée dans la baie de refroidissement 18 et munie de volets 50 montés mobiles ou fixes.
Comme il ressort également des figures, la paroi supérieure 42 est délimitée par une surface externe 52 et une surface interne 54.
De même, la paroi inférieure 44 est délimitée par une surface externe 56 et une surface interne 58.
Un espace 60 entre les surfaces internes 48 et 52 forme le canal interne d’air du carénage 40.
Comme il ressort également des figures, la paroi supérieure 42 comprend les empreintes 34-1, 36-1, 38-1, dites empreintes supérieures, tandis que la paroi inférieure 44 comprend les empreintes 34-2, 36-2, 38-2, dites empreintes inférieures.
L’empreinte supérieure 34-1, 36-1, 38-1 est disposée respectivement en face de l’empreinte inférieure 34-2, 36-2, 38-2, l’échangeur 24, 26, 28 s’étendant dans l’espace 60 entre les deux empreintes supérieure et inférieure respectives.
Chacune des empreintes est formée par une cavité C dont les formes épousent les formes d’une extrémité de l’échangeur qu’elle reçoit, comme il va être détaillé.
Sur le mode de réalisation illustré, chacun des échangeurs thermiques présente une forme générale parallélépipédique déterminée par une longueur L, une épaisseur E et une hauteur H. La longueur L s’étend le long de la direction Y, l’épaisseur E le long de la direction X et la hauteur H dans la direction Z.
Chaque cavité C présente une section dans le plan horizontal (X, Y) de forme rectangulaire dont les dimensions correspondent sensiblement à la longueur L et à l’épaisseur E de l’échangeur de chaleur associé.
De préférence, l’épaisseur Ec de la cavité C est supérieure à l’épaisseur E de l’échangeur de chaleur d’une valeur comprise entre 0 mm et 5 mm, avantageusement entre 1 mm et 4 mm, de préférence 2 mm, comme particulièrement visible sur la figure 6, afin d’obtenir un jeu entre l’échangeur et l’empreinte.
Chaque cavité C présente une section dans le plan vertical (X, Z) de forme générale de U correspondant à une hauteur Hc de la cavité C. Les branches externes 62, 64 du U font saillie dans l’espace 60 tandis que la branche intermédiaire 66 correspond au fond de la surface interne.
La hauteur Hc est avantageusement comprise entre 1 cm et 10 cm.
La hauteur Hc assure un maintien ferme de l’échangeur de chaleur dans l’empreinte.
Comme il ressort particulièrement de la figure 4, une distance D entre deux empreintes supérieure et inférieure respectives est égale ou légèrement supérieure à la hauteur H de l’échangeur thermique associé.
Comme illustré sur la figure 5, du fait de la succession des trois empreintes supérieures, la surface externe 52 de la paroi supérieure 42 est ondulée. Ainsi, trois sommets 68 correspondant aux fonds des cavités C alternent avec deux creux 70 entre deux empreintes. Autrement dit, chaque empreinte supérieure apparaît comme une nervure faisant saillie à l’extérieur du module de refroidissement 22.
De la même façon, du fait de la succession des trois empreintes inférieures, la surface externe 56 de la paroi inférieure 44 est ondulée. Ainsi, trois sommets 68 correspondant aux fonds des cavités C alternent avec deux creux 70 entre deux empreintes. Autrement dit, chaque empreinte inférieure apparaît comme une nervure faisant saillie à l’extérieur du module de refroidissement 22.
Cette configuration assure une meilleure tenue mécanique du module 22 et en améliore l’étanchéité.
Comme illustré sur la figure 6, le module 22 comprend également des pièces 72 de renfort disposées dans les cavités C entre l’échangeur et la surface interne de la paroi supérieure ou inférieure.
Pour obtenir le module de refroidissement 22, on peut tout d’abord préparer les empreintes 34-1 à 38-2 soit, selon la matière du carénage, par pliage ou emboutissage des parois supérieures et inférieures 42, 44 ou encore injection plastique. Ensuite, on peut glisser chaque échangeur 24, 26, 28 dans l’espace 60, dans les empreintes 34-1, 34-2, 36-1, 36-2 et 38-1, 38-2 respectives.
En variante, on peut positionner tout d’abord les parois supérieure et inférieure 42, 44, planes, au-dessus et au-dessous respectivement des échangeurs, puis presser les parois autour des extrémités des échangeurs, de sorte à réaliser les empreintes 34-1 à 38-2.
On note que les échangeurs 24 à 28 peuvent être identiques ou au contraire présenter des dimensions L, H et/ou E différentes, selon les performances souhaitées et/ou l’encombrement du véhicule. Les dimensions des empreintes associées sont adaptées en conséquence.
On note que le boîtier 48 de logement du rotor comprend une sortie 74 d’air hors du module 22. Comme illustré en pointillés sur les figures 2 à 4, la sortie 74 est avantageusement munie d’une grille 76 afin de protéger le module 22 contre des projectiles qui, sans la grille, pourraient parvenir jusqu’à la turbomachine ou aux échangeurs thermiques.
Comme visible sur les figures 2 à 4, le module de refroidissement 22 comprend préférentiellement un dispositif d’ouverture et/ou de fermeture. Ce dispositif peut se présenter sous différentes formes comme par exemple sous la forme d’une pluralité de volets 78 montés pivotants entre une position d’ouverture et une position de fermeture. La position d’ouverture est particulièrement avantageuse à vitesse élevée du véhicule, quand la turbomachine est à l’arrêt, tandis que la position de fermeture est avantageuse à faible vitesse du véhicule, quand la turbomachine fonctionne.
Sur le mode de réalisation illustré, les volets 78 sont montés parallèles à l’axe de rotation A de la turbomachine 30. Néanmoins, l’invention n’est pas limitée à cette configuration, et les volets 78 peuvent également être disposés perpendiculairement à l’axe A.
En position de fermeture, les volets 78 sont disposés dans un plan P (représenté par des pointillés P sur la figure 4) formant un angle α non nul avec une direction Z’ opposées à la direction Z, de préférence compris entre 5 et 20°. Cet angle assure une distribution homogène de l’air sur les échangeurs de chaleur 24, 26, 28.
On note que le carénage 40 est avantageusement réalisé à base de matière plastique, par exemple un polymère PP ou PA6, voire à base d’un ensemble de deux matériaux, un plastique rigide formant des armatures et une mousse disposée entre les armatures.
On note également que le carénage 40 est avantageusement intégré à force dans la baie de refroidissement 18 de la calandre Cal, un élément d’étanchéité, tel qu’un joint à lèvre et/ou de la mousse, pouvant être intégré entre le carénage 40 et la baie 18.
Claims (10)
- Module de refroidissement (22) pour véhicule automobile (10), de préférence à moteur électrique (12), comprenant :
- au moins un échangeur thermique (24, 26, 28),
- au moins une turbomachine tangentielle (30) apte à créer un flux d’air au contact dudit au moins un échangeur thermique (24, 26,28), et
- un carénage (40) pour loger ledit au moins un échangeur thermique (24, 26,28)
dans lequel le carénage (40) comporte au moins une empreinte (34-1, 34-2, 36-1, 36-2, 38-1, 38-2) de maintien dudit au moins un échangeur thermique (24, 26, 28). - Module de refroidissement selon la revendication précédente, comprenant deux empreintes disposées en regard l’une de l’autre, ledit au moins un échangeur thermique (24, 26, 28) s’étendant dans le carénage (40) entre lesdites deux empreintes.
- Module de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque empreinte (34-1, 34-2, 36-1, 36-2, 38-1, 38-2) comprend une cavité (C) de réception dudit au moins un échangeur thermique (24, 26, 28).
- Module de refroidissement selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel ledit au moins un échangeur thermique (24, 26, 28) présente une forme générale de parallélépipède délimitée par une longueur (L), une hauteur (H) et une épaisseur (E), chaque cavité (C) présentant une épaisseur (Ec) égale à l’épaisseur de l’échangeur de chaleur (24, 26, 28) augmentée d’une valeur comprise entre 0 et 1 cm, de préférence 2 mm.
- Module de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel chaque empreinte comprend deux branches (62, 64) faisant saillie dans le carénage (40) de sorte à maintenir ledit au moins un échangeur de chaleur (24, 26, 28) en position.
- Module de refroidissement selon l’une des revendications 2 à 5, comprenant au moins une pièce de renfort (72) entre ledit au moins un échangeur de chaleur (24, 26, 28) et une surface interne (54, 58) du carénage (40).
- Module de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, comprenant un dispositif pouvant passer d’une position de fermeture à une position d’ouverture du module de refroidissement (22).
- Module de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif se présente sous la forme d’une pluralité de volets de guidage d’air (78) montés pivotants entre une position de fermeture du module de refroidissement (22) et au moins une position d’ouverture du module de refroidissement (22), les volets (78) étant disposés, en position de fermeture, dans un plan formant un angle non nul (α) avec une direction verticale (Z) lorsque le module est installé dans le véhicule automobile.
- Module de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, comprenant une sortie d’air (74) munie d’une grille (76) de protection du module (22).
- Véhicule automobile, notamment à moteur électrique, comprenant une carrosserie (14), un pare-chocs (16) et un module de refroidissement (22) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la carrosserie (14) définissant une calandre munie d’au moins une baie de refroidissement (18) disposée sous le pare-chocs, le module de refroidissement (22) étant disposé en regard de la au moins une baie de refroidissement (18).
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