WO2020239486A1

WO2020239486A1 - Module de refroidissement pour véhicule automobile électrique à turbomachine tangentielle

Info

Publication number: WO2020239486A1
Application number: PCT/EP2020/063765
Authority: WO
Inventors: Kamel Azzouz; Michael LISSNER; Amrid MAMMERI; Sébastien Garnier
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2020-12-03
Also published as: FR3096309A1; FR3096309B1

Abstract

L'invention concerne un module de refroidissement (22) pour véhicule automobile (10), notamment à moteur électrique (12), comprenant: - au moins un échangeur thermique (30) délimitant une surface, dite surface de travail, - au moins une première turbomachine tangentielle (28-1) et une deuxième turbomachine tangentielle (28-2), chacune desdites turbomachines (28-1, 28-2) étant apte à créer un flux d'air au contact de ladite surface de travail, chacune desdites turbomachines comprenant un rotor en rotation autour d'un axe et une volute de logement du rotor, comportant une portion de guidage d'air et une sortie d'air hors de la turbomachine, lesdites turbomachines (28-1, 28-2) étant agencées de sorte que la portion de guidage (44-1) de la première turbomachine (28-1) est disposée en regard de la portion de guidage (44-2) de la deuxième turbomachine (28-2).

Description

Titre : MODULE DE REFROIDISSEMENT POUR VÉHICULE AUTOMOBILE ÉLECTRIQUE À TURBOMACHINE

TANGENTIELLE Domaine technique

[0001] 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.

Technique antérieure

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] De façon connue, un tel dispositif de ventilation comprend un ventilateur à hélice.

[0005] Le flux d’air généré par les pales d’un tel ventilateur est turbulent, notamment en raison de la géométrie circulaire de l’hélice, et n’atteint en général qu’une partie seulement de la surface de l’échangeur de chaleur (zone circulaire de l’échangeur faisant face à l’hélice du ventilateur). L’échange de chaleur ne se fait donc pas de façon homogène sur toute la surface des tubes et des ailettes.

[0006] En outre, lorsque la mise en marche du ventilateur ne s’avère pas nécessaire (typiquement lorsque l’échange de chaleur avec de l’air ambiant non accéléré suffit à refroidir le fluide caloporteur circulant dans l’échangeur), les pales obstruent en partie l’écoulement de l’air ambiant vers les tubes et les ailettes, ce qui gêne la circulation d’air vers l’échangeur et limite ainsi l’échange de chaleur avec le fluide caloporteur.

[0007] Un tel ventilateur est en outre relativement encombrant, à cause notamment des dimensions nécessaires de l’hélice pour obtenir un refroidissement moteur effectif, ce qui rend long et délicat son intégration dans un véhicule automobile.

[0008] Cette intégration est d’autant plus compliquée dans un véhicule électrique, dont la face avant laisse peu de place pour y loger les éléments de refroidissement du véhicule.

[0009] Le but de l’invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients.

Résumé

[0010] A cet effet, l’invention a pour objet un module de refroidissement pour véhicule automobile, comprenant au moins un échangeur thermique délimitant une surface, dite surface de travail, au moins une première turbomachine tangentielle et une deuxième turbomachine tangentielle, chacune desdites turbomachines étant apte à créer un flux d’air au contact de ladite surface de travail, chacune desdites turbomachines comprenant un rotor monté en rotation autour d’un axe de rotation et une volute de logement du rotor, comportant une portion de guidage d’air et une sortie d’air hors de la turbomachine, lesdites turbomachines étant agencées de sorte que la portion de guidage de la première turbomachine est disposée en regard de la portion de guidage de la deuxième turbomachine.

[0011] 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, les turbomachines tangentielles permettent de créer un flux d’air à travers tous les échangeurs thermiques avec un bien meilleur rendement que si un ventilateur à hélice était mis en oeuvre.

[0012] De surcroît, grâce au présent agencement des deux turbomachines, des jets d’air sortant des turbomachines sont indépendants l’un de l’autre et n’interagissent pas entre eux, ce qui assure une meilleure performance du module de refroidissement ainsi qu’une nuisance sonore réduite.

[0013] Selon un autre aspect, l’axe de rotation de la première turbomachine tangentielle et l’axe de rotation de la deuxième turbomachine tangentielle sont montés parallèlement l’un à l’autre.

[0014] Selon un autre aspect, la portion de guidage de la première turbomachine est en contact avec la portion de guidage de la deuxième turbomachine.

[0015] Selon un autre aspect, la surface de travail est délimitée par une première direction, dite longueur, et une deuxième direction, dite hauteur, orthogonale à la longueur, l’axe de de rotation de l’une des première et deuxième turbomachines étant disposée parallèlement à la longueur dans une zone comprise entre un cinquième et quatre cinquième de ladite hauteur, l’axe de rotation de l’autre turbomachine étant disposé hors de ladite zone.

[0016] Selon un autre aspect, l’axe de rotation de l’une des première et deuxième turbomachines est disposé dans une zone comprise entre un tiers et deux tiers de ladite hauteur, l’axe de rotation de l’autre turbomachine étant disposé hors de ladite zone.

[0017] Selon un autre aspect, l’axe de rotation de la première turbomachine et l’axe de rotation de la deuxième turbomachine sont disposés respectivement de part et d’autre d’un milieu de la hauteur de la surface de travail.

[0018] Selon un autre aspect, le module comprend des 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.

[0019] L’invention a également pour objet un véhicule automobile à moteur électrique, comprenant une carrosserie, un pare-chocs et un tel que décrit précédemment, la carrosserie définissant 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.

Brève description des dessins [0020] 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

[0021] [Fig. 1 ] représente schématiquement la partie avant d’un véhicule automobile à moteur électrique, vu de côté.

Fig. 2

[0022] [Fig. 2] est une vue en perspective d’un module de refroidissement selon un mode de réalisation, des volets de guidage étant omis.

Fig. 3

[0023] [Fig. 3] est une vue en perspective d’un module de refroidissement selon un autre mode de réalisation, des volets de guidage étant omis.

Fig. 4

[0024] [Fig. 4] est une vue de côté du module de la figure 3.

Fig. 5

[0025] [Fig. 5] est une vue en perspective partielle du module de la figure 3, des volets de guidage étant illustrés.

Description des modes de réalisation

[0026] Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la présente description, ces éléments ne sont pas décrits en détails dans chaque mode de réalisation. Au contraire, seules les différences entre les variantes de réalisation sont décrites en détails.

[0027] On note que, dans les exemples illustrés, qui sont préférés, chaque 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 détaillés. Alternativement, cependant, chaque turbomachine fonctionne par soufflage, soufflant l’air vers les différents échangeurs thermiques.

[0028] La figure 1 illustre de manière schématique la partie avant d’un véhicule automobile 10 à 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 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.

[0029] Le module de refroidissement 22 comprend un dispositif de ventilation 24 associé à au moins un échangeur thermique.

[0030] Comme il ressort des figures, le dispositif de ventilation 1 comprend au moins un ventilateur tangentiel, aussi nommé turbomachine tangentielle ci-après, qui aspire un flux d’air F à destination de l’échangeur de chaleur ou des échangeurs de chaleur. Sur les modes de réalisation illustrés, le module de refroidissement comprend deux turbomachines 28-1 , 28-2, détaillées ci-après.

[0031] Tel qu’illustré, le module de refroidissement 22 comporte essentiellement un boîtier ou carénage 24 formant un canal interne d’air. Le carénage 24 permet de loger au moins une turbomachine tangentielle. Une partie arrière du carénage forme notamment ici la volute d’une turbomachine tangentielle 28.

[0032] Comme il ressort des figures, les turbomachines 28-1 , 28-2 permettent de refroidir un ou plusieurs échangeurs de chaleurs 30.

[0033] Chaque turbomachine tangentielle comprend un rotor ou turbine 32-1 , 32-2 (ou hélice tangentielle). La turbine a une forme sensiblement cylindrique. La turbine comporte avantageusement plusieurs étages de pales (ou aubes). La turbine est montée rotative autour d’un axe de rotation A32-1 , A32-2.

[0034] Les modes de réalisation des figures 2 à 5 sont maintenant décrits.

[0035] Comme il ressort de ces figures, le module de refroidissement 22 comprend une première turbomachine 28-1 et une deuxième turbomachine 28-2, conformes à la turbomachine 28 décrite précédemment.

[0036] Sur les figures 2 à 5, l’ensemble des échangeurs thermiques délimitent une surface S, appelée surface de travail, dont une section est sensiblement rectangulaire dans un plan (Y, Z).

[0037] De préférence, la direction Y correspond à une direction horizontale tandis que la direction Z correspond à une direction verticale, quand le module est installé dans le véhicule automobile.

[0038] La surface S est délimitée par deux bords d’extrémité opposés 38, 39 s’étendant selon la direction Y, dite longueur, et par deux autres bords d’extrémité opposés 40, 41 , selon la direction Z.

[0039] Sur les modes de réalisation illustrés, la surface S correspond au rectangle défini par le plus grand échangeur thermique. Néanmoins, il est également possible de juxtaposer plusieurs échangeurs verticalement et/ou horizontalement, auquel cas la hauteur de la surface S est la somme des hauteurs des échangeurs juxtaposés verticalement (superposés), et la longueur de la surface S est la somme des longueurs des échangeurs juxtaposés horizontalement.

[0040] Les première et deuxième turbomachines 28-1 et 28-2 sont montées parallèlement l’une à l’autre, c’est-à-dire que l’axe de rotation A32-1 de la turbine 32- 1 de la première turbomachine 28-1 s’étend parallèlement à l’axe de rotation A32-2 de la turbine 32-2 de la deuxième turbomachine 28-2.

[0041] Sur les figures 2 à 5, les axes de rotation A32-1 , A32-2 sont parallèles à la direction Y, c’est-à-dire montés horizontalement. Néanmoins, bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette configuration et les axes de rotation A32-1 , A32-2 peuvent être montés verticalement, c’est-à-dire parallèlement à l’axe Z. [0042] Comme également visible sur les figures 3 à 5, la volute de la première turbomachine 28-1 comprend une portion de guidage 44-1 d’air autour de la turbomachine 32-1 jusqu’à une sortie de l’air hors du module, référencée 46-1 . De manière connue, la portion de guidage d’air 44-1 comprend avantageusement une paroi en forme de spirale tronquée.

[0043] De manière analogue, la volute de la deuxième turbomachine 28-2 comprend une portion de guidage 44-2 d’air autour de la turbomachine 32-2 jusqu’à une sortie de l’air hors du module, référencée 46-2. La portion de guidage 44-2 comprend avantageusement une paroi en forme de spirale tronquée.

[0044] Selon le mode de réalisation de la figure 2, les deux sorties 46-1 , 46-2 sont disposées en regard l’une de l’autre.

[0045] Selon le mode de réalisation des figures 3 à 5, la portion de guidage 44-1 de la première turbomachine 28-1 est disposée en regard de la portion de guidage 44- 2 de la deuxième turbomachine 28-2.

[0046] Cette configuration assure qu’un flux d’air F1 issu de la première turbomachine 28-1 via la sortie associée 46-1 s’écoule sensiblement dans la même direction et en sens opposé qu’un flux d’air F2 issu de la deuxième turbomachine 28-2 via la sortie associée 46-2. Sur la figure 8, le flux d’air F1 est sensiblement vertical vers le haut tandis que le flux d’air F2 est sensiblement vertical vers le bas.

[0047] Ainsi, les flux d’air F1 et F2 ne se gênent pas l’un l’autre, ce qui assure une performance améliorée par rapport au mode de réalisation de la figure 7, ainsi qu’une réduction des ondes sonores générées par le module de refroidissement 22.

[0048] De préférence, les portions de guidage 44-1 , 44-2 sont en contact l’une de l’autre, ce qui contribue à la rigidification du module de refroidissement.

[0049] On note qu’une médiatrice parallèle à la direction Y et passant par le milieu des hauteurs de l’ensemble des échangeurs thermiques est un axe de symétrie de l’ensemble des deux turbomachines 28-1 , 28-2.

[0050] Comme il ressort également des figures, l’axe de rotation A32-1 de la première turbomachine 28-1 et l’axe de rotation de la deuxième turbomachine 28-2 sont disposés respectivement de part et d’autre de la médiatrice. [0051] Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette configuration, et, selon l’agencement des échangeurs thermiques et la puissance de refroidissement associée, il est possible de prévoir les turbomachines plus ou moins hautes le long des hauteurs 40, 41 .

[0052] Avantageusement, l’axe de rotation A32-2 de l’une des turbomachines 28-2 est disposé dans une zone en regard de la surface S comprise entre un cinquième et quatre cinquième de ladite hauteur, avantageusement entre un tiers et deux tiers de ladite hauteur, l’autre axe étant disposé en regard de la surface S, hors de cette zone.

[0053] Comme illustré sur la figure 5, le module 22 est muni de moyen de guidage d’air 50-1 , 50-2 associé à chaque turbomachine 28-1 , 28-2.

[0054] Chaque moyen de guidage d’air 50-1 , 50-2 comprend un ensemble de volets 52 montés pivotants entre une position de fermeture du module de refroidissement (comme visible sur la figure 4) et au moins une position d’ouverture du module de refroidissement (non illustrée).

[0055] La position d’ouverture est particulièrement avantageuse quand le véhicule roule à grande vitesse, auquel cas il est possible de mettre les turbomachines 28- 1 , 28-2 à l’arrêt.

[0056] Le nombre de volets 52 associés à la première turbomachine 28-1 peut être identique ou au contraire différent du nombre de volets 52 associés à la deuxième turbomachine 28-2, selon la position respective des turbomachines notamment.

Claims

Revendications

[Revendication 1] Module de refroidissement (22) pour véhicule automobile (10), comprenant :

- au moins un échangeur thermique (30) délimitant une surface, dite surface de travail,

- au moins une première turbomachine tangentielle (28-1 ) et une deuxième turbomachine tangentielle (28-2), chacune desdites turbomachines (28-1 , 28-2) étant apte à créer un flux d’air au contact de ladite surface de travail,

chacune desdites turbomachines comprenant un rotor en rotation autour d’un axe et une volute de logement du rotor, comportant une portion de guidage d’air et une sortie d’air hors de la turbomachine,

lesdites turbomachines (28-1 , 28-2) étant agencées de sorte que la portion de guidage (44-1 ) de la première turbomachine (28-1 ) est disposée en regard de la portion de guidage (44-2) de la deuxième turbomachine (28-2).

[Revendication 2] Module de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel l’axe de rotation (A32-1) de la première turbomachine tangentielle (28-1 ) et l’axe de rotation (A32-2) de la deuxième turbomachine tangentielle (28-2) sont montés parallèlement l’un à l’autre.

[Revendication 3] Module de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la portion de guidage (44-1 ) de la première turbomachine (28-1 ) est en contact avec la portion de guidage (44-2) de la deuxième turbomachine (28-2).

[Revendication 4] Module de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la surface de travail est délimitée par une première direction, dite longueur (Y), et une deuxième direction, dite hauteur (Z), orthogonale à la longueur, l’axe de rotation de l’une des première et deuxième turbomachines (28-1 ) étant disposé parallèlement à la longueur (Y) dans une zone comprise entre un cinquième et quatre cinquième de ladite hauteur, l’axe de rotation de l’autre turbomachine (28-2) étant disposé hors de ladite zone.

[Revendication 5] Module de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel l’axe de rotation l’une des première et deuxième turbomachines (28-1 , 28-2) est disposé dans une zone comprise entre un tiers et deux tiers de ladite hauteur, l’axe de rotation de l’autre turbomachine (28-, 1 28-2) étant disposé hors de ladite zone.

[Revendication 6] Module de refroidissement selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel l’axe de rotation (A32-1 ) de la première turbomachine (28-1 ) et l’axe de rotation (A32-2) de la deuxième turbomachine (28-2) sont disposés respectivement de part et d’autre d’un milieu de la hauteur de la surface de travail.

[Revendication 7] Module de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, comprenant des volets (52) de guidage d’air montés pivotants entre une position de fermeture du module de refroidissement (22) et au moins une position d’ouverture du module de refroidissement (22).

[Revendication 8] Véhicule automobile, 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 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).