DISPOSITIF ATTENUATEUR DE PERTURBATIONS ACOUSTIQUES ET CIRCUIT DE CONDITIONNEMENT D ' AIR INCLUANT UN TEL DISPOSITIF
La présente invention concerne un dispositif atténuateur de l'intensité d'au moins une onde générant une perturbation acoustique dans un circuit de fluide. Elle concerne également un circuit de conditionnement d'air comportant un tel dispositif. Elle trouve un application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine des dispositifs limitant les bruits générés par un appareil en ligne tel qu'un compresseur dans les circuits de climatisation et/ou les systèmes de direction assistée de véhicule automobile. On connaît déjà des systèmes pour filtrer les perturbations acoustiques dans les circuits de fluide tels que des circuits de climatisation automobile. Ce sont essentiellement des capacités placées en série sur les circuits à insonoriser. Les ondes à filtrer arrivant brusquement dans un plus grand volume formé par la capacité, il y a création d'une onde en opposition de phase qui en s' additionnant à l'onde perturbatrice, génère une onde résultante d'amplitude plus faible, ce qui se traduit par une atténuation du bruit. De tels dispositifs présentent cependant des inconvénients du fait de leur coût de fabrication et de l'encombrement important qu'ils génèrent. La présente invention part d'une idée différente et utilise pour ce faire le principe de dérive
Quincke. Le principe retenu est cette fois-ci de diviser le fluide en plusieurs parties et de lui faire parcourir des distances différentes pour obtenir un déphasage des ondes les unes par rapport aux autres et créer ce faisant les ondes d'amplitude plus faible par addition. En d'autres termes on fait parcourir au flux dérivé une distance différente de celle parcourue par le flux principal véhiculant l'onde perturbatrice dans la section principale de la tuyauterie. Si on connaît ce principe de dérive de Quincke pour empêcher un tube rigide d' entrer en résonance
(US 6,364,055) et ce plus particulièrement pour un pot d'échappement de véhicule automobile, il n'en est pas de même dans le domaine de la filtration proprement dite d' ondes sonores de fréquences comprises entre 50 et 2000 Hz, plus particulièrement entre 200 Hz et 800 Hz, générées par un appareil situé en ligne sur des tubes de petites longueurs comme ceux d'un climatiseur. En effet la filtration de telles fréquences par le biais d' un système à hélice tel que décrit dans le document US 6,364,055 entraînerait des longueurs de spirale incompatibles avec ce type de circuit. De telles spirales sont par ailleurs génératrices de pertes de charges supplémentaires, ce que cherche a priori à éviter l'homme du métier. En fait, en identifiant l'intérêt de prévoir un rapport de section déterminé entre l'alésage interne cylindrique et le volume annulaire délimité (i) par les parois internes de la tuyauterie, (ii) par la paroi externe du tube percé de l'alésage et par deux volutes adjacentes de l'hélice, il est apparu de
façon surprenante et pour des longueurs de spirale réduite compatibles avec les dimensions d'une tuyauterie de climatisation ou de direction assistée de véhicule automobile, que d'excellents résultats d'atténuation étaient obtenus, et ce avec des pertes de charge acceptables. La présente invention vise donc à fournir un dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu' elle permet une filtration en ligne optimisée des bruits pour un coût plus faible, le tout avec un moindre encombrement et une plus grande facilité de fabrication et de montage. Dans ce but la présente invention propose notamment un dispositif atténuateur de l'intensité d' au moins une onde de fréquence comprise entre de l'ordre de 50 Hz et de l'ordre de 2000 Hz et plus particulièrement entre 200 Hz et 800 Hz, générant une perturbation acoustique dans un circuit de fluide en compression, caractérisé en ce que le dispositif comporte un insert propre à être implanté dans une tuyauterie du circuit, ledit insert comprenant un tube percé de part en part d'un alésage de circulation du flux principal du fluide perturbé par ladite onde, et au moins une rampe hélicoïdale de guidage d'un flux secondaire en spiral, le pas de ladite rampe étant agencé pour engendrer une onde en opposition ou sensiblement en opposition de phase avec l'onde générant la perturbation, et en ce que le dispositif est agencé pour respecter les rapports de sections suivantes : 0,6A0 < A2 < 1,4A0 et ' Ax > A2, avec
A0 : section de l'alésage i : différence de section entre la section interne de la tuyauterie et la section externe du tube percé de l'alésage A2 : section sensiblement rectangulaire définie par les génératrices de la face interne de la tuyauterie et de la face externe du tube percé de l'alésage, entre deux points d'intersection consécutifs de la rampe hélicoïdale avec lesdites génératrices . Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - le tube percé de l'alésage comporte au moins un orifice de connexion entre l'intérieur de l'alésage et le volume externe délimité par la rampe hélicoïdale. De façon étonnante, ce ou ces orifices améliorent en effet encore l'atténuation, sans augmenter de façon gênante les pertes de charge ; la section de l'orifice est sensiblement égale à la section de l'alésage ; la section de l'orifice est sensiblement égale à la section de la tuyauterie. Par sensiblement égal il faut entendre égale à + 10% près ; le ou les orifices sont répartis régulièrement sur le tube de l'alésage, par exemple deux orifices chacun placé à un tiers de la longueur de l'alésage ; Le dispositif atténuateur comporte deux rampes hélicoïdales de guidage de flux secondaires de pas différents, ou identiques ;
le dispositif atténuateur comporte trois rampes hélicoïdales de guidage de flux secondaires de pas différents, ou identiques ; le tube est formé par un conduit rigide central ou sensiblement central, la ou les rampes hélicoïdales de guidage de flux secondaires étant enroulées autour de la surface périphérique dudit conduit central ; les rampes hélicoïdales débouchent à des emplacements différents de l'intérieur du tube ; les rampes hélicoïdales débouchent sensiblement au même emplacement de l'intérieur du tube ; l'alésage est de diamètre compris entre 7 mm et 10 mm et la longueur de l'insert est comprise entre 50 mm et 140 mm ; le pas des rampes hélicoïdales est compris entre 5 mm et 15 mm. La présente invention concerne également un circuit de conditionnement d'air comportant au moins une portion de tuyauterie munie d' au moins un dispositif à insert du type décrit ci-avant. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant un premier mode de réalisation d' un dispositif selon l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective éclatée d' un autre mode de réalisation de la figure 1 avec orifice . La figure 3 est une courbe montrant l'atténuation obtenue avec le dispositif de la figure 1 à une fréquence de perturbation de 700Hz en fonction d'un rapport de section de passage du fluide. Les figures 4 et 5 montrent respectivement en perspective latérale et en perspective frontale de trois quart, un autre mode de réalisation de l'insert selon l'invention. Les figures 6 et 7 montrent en perspective latérale et en perspective frontale de trois quart, encore un autre mode de réalisation d' insert selon l'invention. La figure 8 montre en perspective éclatée, un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention à l'intérieur d'une tuyauterie. La figure 9 montre trois courbes d' atténuation de perturbations acoustiques en fonction des fréquences d'une part avec un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, et d'autre part avec deux dispositifs amortisseurs de l'art antérieur. La figure 1 montre un dispositif 1 atténuateur de bruit inséré dans une tuyauterie 2 de circulation de fluide (flèche 3) par exemple frigorigène appartenant à un circuit de climatisation automobile (non représenté) . Le dispositif comprend un insert 4 inscrit dans un cylindre dont le diamètre hors tout est sensiblement égal au diamètre interne de la tuyauterie 2 dans laquelle l'insert est introduit à frottement, et bloqué par exemple par serrage externe et/ou par
collage ou par tout autre moyen à la portée de l'homme du métier. Plus précisément l'insert 4 comprend un tube central 5 percé de part en part par l'alésage 6 et muni sur sa surface périphérique 7 d' une rampe hélicoïdale 8 de pas p. L'insert est par exemple obtenu par injection plastique à l'aide d'un moule. Le fluide qui pénètre à l'entrée de l'insert 4 se divise en deux flux, à savoir un premier flux 9 qui passe directement et en ligne droite au travers de l'alésage 6 et qui parcourt une distance X et un deuxième flux 10 qui suit un parcourt hélicoïdal dérivé le long de la rampe 8 en forme d'hélice, sur une longueur L. La longueur L de la dérive, et donc le pas de l'hélice se calcule en fonction de la fréquence perturbatrice principale à atténuer F, selon la formule suivante : L = _Ç_ + X 2xF avec : L : longueur de la dérive C : vitesse du son dans le gaz concerné (Pour le gaz frigorigène R134a, C ~ 170m/s) F : fréquence à atténuer X : longueur de la section principale
Dans la suite de la description on utilisera les mêmes numéros de référence pour désigner les mêmes pièces ou des pièces similaires. La figure 2 montre un dispositif l'du type de celui décrit en référence à la figure 1, dont le tube
intérieur 5 est muni d'un orifice 0 par exemple, dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, de dimensions sensiblement égales à celles de la section A0 de l'alésage, par exemple de longueur égale à celle du pas de l'hélice et de largeur adaptée en conséquence, ce qui lui donne une forme rectangulaire ou sensiblement rectangulaire. Cet orifice va permettre un remélange des premier et deuxième flux 9 et 10 qui passent à l'intérieur et à l'extérieur de l'alésage en améliorant l'atténuation et ce sans générer de perte de charge trop importante. On a .reporté sur la figure 2, les sections Ao, Ai et A2 telles que définies ci-avant. Selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici, les rapports entre sections : 60%A0 < A2 < 140%A0 et Ax > A2 permettent d' obtenir une meilleur atténuation acoustique en optimisant les pertes de charge. Ai est par exemple supérieur à 1,2 A2, par exemple supérieur à 1,5 ou à 2 A2. A2 est par exemple supérieur à 0,8 Ao, par exemple compris entre 1 et 1,3 Ao. En fait il est apparu de façon surprenante et empirique [voir figure 3 donnant en ordonnée l'atténuation acoustique (en dB) en fonction du rapport A2/A0 (en %)] que l'atténuation pour une fréquence donnée, par exemple 700Hz, respectait une fonction polynominale du type y = ax2 + bx + c . La fonction suivante est alors obtenue :
"ï A, Atténuation acoustique = a x + b x + C ^ A„ J ^ A0
Soit en négligeant l'épaisseur du tube, pour R
0 rayon de l'alésage interne Et R| rayon interne de la tuyauterie, il vient avec p = pas de l'hélice A
0 = R„ π et A
2 = (R,-R
0)xp
Ce qui donne :
Atténuation acoustique = a x + c
Les figures 4 et 5 montrent un autre mode de réalisation d'un insert 11 selon l'invention muni d'un tube central 12 et de deux rampes hélicoïdales de pas différents 13 et 14, lesdites rampes débouchant à des emplacements différents 15 et 16 sur la longueur de la tuyauterie. A titre d' exemple on a donné ci-après les caractéristiques principales d'un insert pour tuyauterie de diamètre 18 mm pour circuit de climatisation automobile. Diamètre du tube : 18 mm Diamètre intérieur de la spirale : 8 mm (pouvant varier entre de l'ordre de 7 mm et de l'ordre de 10 mm) Nombre de rampes hélicoïdales : 2 (pouvant varier entre 1 et 3) Pas des hélices : 13 mm (pouvant varier entre de l'ordre de 5 mm et de l'ordre de 15 mm) Longueur totale : 120 mm (pouvant varier entre de l'ordre de 50 mm et de l'ordre de 140 mm)
Longueur de la première rampe hélicoïdale (Ll) : 95 mm (dépend en fait de la fréquence à filtrer) Longueur de la seconde rampe hélicoïdale (L2) : 120 mm (dépend en fait de la fréquence à filtrer) Rapport de la section de la dérive par rapport à la section principale : ≈ 40% (pouvant varier entre 30% et 100%) . Les figures 6 et 7 montrent un troisième mode de réalisation d'un insert 16 selon l'invention permettant cette fois-ci de filtrer plus particulièrement trois fréquences acoustiques déterminées ou sensiblement déterminées en mettant en œuvre trois rampes hélicoïdales 17, 18, 19 de pas différents et solidaires de la périphérie du tube central 20 de passage du flux principal sur des longueurs Ll, L2, L3 débouchant à des emplacements différents . La figure 8 montre un quatrième mode de réalisation d' insert 21 dans une tuyauterie 22 munie de deux rampes hélicoïdales 23 et 24 débouchant au même emplacements 25 de l'intérieur du tube. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif atténuateur du bruit selon l'invention. Le fluide, par exemple un fluide de réfrigération de type connu sous la référence R134a pour circuit climatiseur de véhicule automobile, est comprimé par un compresseur générateur de bruit et circule dans le circuit en générant des nuisances sonores à des fréquences ou sur des plages de fréquences déterminées en fonction de la configuration du circuit et des vitesses de circulation. Pour limiter le bruit du à ces perturbations acoustiques on divise le fluide en plusieurs parties
ou flux de façon à faire parcourir aux flux de fluide des distances différentes qui vont, lors de la sortie de l'insert, se trouver déphasées l'une par rapport à l'autre. Du fait de ces déphasages calculés pour se rapprocher autant que faire ce peu de l'opposition de phase on obtient une onde résultante d' amplitude aussi faible que possible, ce qui permet d'atténuer, voir de supprimer de façon étonnante, le bruit généré dans les tuyauteries. On a représenté sur la figure 7 des courbes d' atténuation donnant en abscisse les fréquences de sons filtrés et en ordonnée la réponse des dispositifs atténuateurs ou amortisseurs en décibel. La courbe 26 correspond à l'amortisseur selon l'invention plus particulièrement décrit ici, à une hélice et deux trous régulièrement disposés, du type décrit en référence aux figures 1 ou 2, les courbes 27 et 28 correspondant à des amortisseurs classiques à capacité de l'art antérieur. On voit que l'amortisseur à hélice permet notamment de meilleurs résultats dans le domaine des fréquences audibles, c'est à dire entre 0,2 et 1,0 KHz. Comme il va de soi et comme il résulte également de ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où elle comporte quatre rampes hélicoïdales ou plus et/ou au moins deux orifices s'étendent sur la totalité du pas, et/ou les orifices sont répartis non régulièrement sur le tube.