Brevet FR2875560A1 — publié le 20060324

VENTILATEUR CENTRIFUGE A BRUIT REDUIT POUR SYSTEME DE VENTILATION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE L'invention concerne un ventilateur centrifuge à bruit réduit. L'invention concerne en particulier les ventilateurs centrifuges utilisés dans les installations de chauffage/ventilation ou de climatisation des véhicules automobiles. Le système de diffusion d'air d'un véhicule automobile comporte généralement un ventilateur de type centrifuge avec une entrée d'air, un boîtier de répartition qui oriente l'air généré vers des conduits qui débouchent dans l'habitacle au niveau des aérateurs et du dispositif de dégivrage/désembuage. Le ventilateur produit la principale source de bruit, qui se propage ensuite dans le reste du circuit et qui est mal perçu par les utilisateurs. Un ventilateur de type centrifuge comprend un boîtier en forme de volute, appelé volute, dans lequel est montée à rotation une roue. L'axe de la roue est entraîné en rotation par un moteur situé d'un côté de la volute, celle-ci étant pourvue sur son côté opposé d'une entrée d'air. L'air est aspiré à l'intérieur de la volute et entraîné en rotation par la roue, puis évacué par un diffuseur formé d'une conduite généralement de section rectangulaire s'étendant dans une direction sensiblement tangentielle à la volute. La jonction entre la face inférieure du diffuseur et la volute est appelée bec de volute. Dans un tel ventilateur, la principale source acoustique est générée par des phénomènes aéroacoustiques se produisant au niveau de la roue et de la volute. Une autre source acoustique non négligeable est générée par un écoulement de l'air fortement perturbé, et donc bruyant, dû à la géométrie de la zone du bec de volute, dans laquelle se produit un refoulement du flux sortant de la roue. Dans cette zone, des gradients de vitesse importants sont générés du fait du mélange de l'air venant de la roue, de l'entrée d'air et de la zone de recirculation au niveau du bec de volute. Ces gradients de vitesse, suivant une direction parallèle à l'axe de la roue, représentent des sources acoustiques non négligeables. Une première solution pour diminuer le bruit perçu par les usagers consiste à placer un résonateur au niveau du bec de volute qui va absorber, mais non réduire, une partie du bruit généré par le ventilateur, tel que décrit dans les documents JP-7332284 ou FR-2 780 2875560 2 454. Seule une bande limitée de fréquences est alors filtrée, mais l'écoulement de l'air en sortie de la roue reste fortement perturbé, et l'encombrement général du ventilateur augmente du fait de la présente d'une cavité de résonance. Une autre solution consiste à modifier la forme du bec de volute afin de réduire la perturbation de l'écoulement et donc le bruit. Ainsi, le document U52003/0039541 décrit un ventilateur dont la forme du bec de volute a été adoucie. Cette forme ne permet toutefois pas de réduire le gradient de vitesse. Dans un autre document US2003/0049122, l'écoulement de l'air est optimisé en inclinant le bec de volute par rapport à l'axe de la roue suivant un angle compris entre 50 et 80 . Cette inclinaison permet d'obtenir une augmentation progressive de la section de diffusion d'air en sortie de volute et une diminution significative du bruit pour des vitesses de rotation inférieures à 1200 tours par minute. Toutefois, une telle vitesse de rotation n'est pas adaptée aux systèmes de ventilation automobiles dont les vitesses sont généralement comprises entre 2000 et 5000 tours par minute. De plus, la forte inclinaison du bec de volute n'est pas compatible avec l'espace très contraint réservé au ventilateur dans une architecture automobile. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un ventilateur centrifuge pour un véhicule automobile dont le bec de volute est conçu pour réduire la turbulence de l'écoulement de l'air dans la zone du bec de volute, et donc le bruit produit. La solution proposée présente l'avantage de ne pas augmenter le volume du ventilateur et de permettre une réduction du bruit dans la gamme des vitesses de rotation utilisées dans les systèmes de ventilation automobiles. A cet effet, l'objet de l'invention concerne un ventilateur centrifuge pour système de ventilation d'un véhicule automobile, comprenant: - un boîtier en volute formé d'une paroi avant pourvue d'une entrée d'air, d'une paroi arrière, et d'une paroi latérale joignant les parois avant et arrière et pourvue d'un orifice de sortie d'air, - un diffuseur en communication avec l'orifice de sortie d'air, comportant une paroi supérieure s'étendant dans le prolongement d'une extrémité de la paroi latérale, une paroi inférieure du diffuseur formant un angle avec l'autre extrémité de la paroi latérale et raccordée à celle-ci par un bec de volute, et deux parois avant et arrière joignant 2875560 3 les parois supérieure et inférieure entre elles et jointes aux parois avant et arrière respectivement du boîtier, - une roue de ventilation montée à rotation dans le boîtier, dont l'axe de rotation, sensiblement perpendiculaire aux parois avant et arrière du boîtier, est entraîné par un moteur, caractérisé en ce que la section du diffuseur est sensiblement constante sur toute la longueur du diffuseur et en ce que le bec de volute est incliné par rapport à l'axe de la roue suivant un angle inférieur à 20 environ de manière telle que la dimension de la section de diffusion d'air en sortie de volute du côté de la paroi avant du boîtier soit différente de celle de cette section du côté de la paroi opposée arrière du boîtier. En raison de l'angle faible utilisé et de la section sensiblement constante du diffuseur, l'encombrement du ventilateur n'est que faiblement modifié et reste compatible avec les espaces restreints dans les véhicules automobiles. Contrairement à l'enseignement du document US2003/OO49122, lequel indique que pour des angles d'inclinaison faibles du bec de volute l'efficacité du ventilateur est réduite et le bruit est augmenté, la demanderesse a constaté une diminution notable du bruit généré par le ventilateur pour des angles d'inclinaison inférieurs à 20 . De préférence, le bec de volute est incliné de sorte que la dimension de la section de diffusion d'air en sortie de volute du côté d'une paroi du boîtier est réduite, et que la dimension de cette section du côté de la paroi opposée du boîtier est augmentée. De préférence, l'angle d'inclinaison est inférieur à environ 15 . De préférence encore, l'angle d'inclinaison est d'environ 7 . Avantageusement, le bec de volute est situé dans un plan parallèle à l'axe de la roue et bissecteur de l'angle formé entre la paroi inférieure du diffuseur et la paroi latérale adjacente de la volute. Cet agencement permet de ne pas avoir à modifier la position de la roue dans la volute. Avantageusement, le point médian du bec de volute incliné est confondu avec le point médian d'un bec de volute qui serait parallèle à l'axe de la roue. La modification des dimensions externes de la volute est ainsi minimisée. 2875560 4 Le bec de volute peut être incliné de manière à augmenter la section de diffusion d'air en sortie de volute du côté de la paroi avant du boîtier ou du côté de la paroi arrière du boîtier. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective de côté d'un ventilateur centrifuge selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective agrandie de la zone du bec de volute du ventilateur de la figure 1. Un ventilateur centrifuge est décrit en référence aux figures 1 et 2. Il comprend un boîtier 1 en forme de volute, appelé volute, dans lequel est montée à rotation une roue 2, représentée schématiquement sur la figure 1. L'axe de la roue 3 est entraîné en rotation par un moteur 4 situé d'un côté de la volute. La volute 1 est formée d'une paroi avant 5 pourvue d'une entrée d'air 6, centrée sensiblement sur l'axe de la roue, d'une paroi arrière 7 du côté de laquelle est monté le moteur 4, et d'une paroi latérale 8 rejoignant les bords des parois avant et arrière de manière à fermer la volute. Les parois avant et arrière sont sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe de la roue. La paroi latérale est de préférence plane et ne s'étend pas sur tout le pourtour de la volute de manière à former une sortie d'air. De préférence, la roue est montée de manière à être très proche de la volute, à proximité du bec de volute. Un diffuseur 9 est raccordé à cette sortie d'air pour l'évacuer, par exemple, vers un système de ventilation. Il est formé d'une conduite généralement de section rectangulaire s'étendant dans une direction tangentielle à la volute. Dans l'exemple, il comprend une paroi supérieure 10, s'étendant tangentiellement à la volute dans le prolongement d'une extrémité de la paroi latérale 8 de la volute, et une paroi inférieure 11, sensiblement parallèle à la paroi supérieure 10, et formant un angle avec l'autre extrémité de la paroi latérale 8 de la volute. La jonction entre la paroi inférieure du diffuseur 11 et la paroi latérale 8 est appelée bec de volute 12. Le diffuseur comprend une paroi avant 13 et une paroi arrière 14 joignant les parois supérieure 10 et 2875560 5 inférieure 11, et jointes avec les parois avant 5 et arrière 7 respectivement de la volute. Le ventilateur selon l'invention présente un bec de volute 12 incliné par rapport à l'axe 3 de la roue. Dans l'exemple représenté, le bec est incliné de manière à augmenter la section de la sortie d'air du côté de l'entrée d'air 6 du ventilateur. Pour éviter d'avoir à modifier la position de la roue, cette inclinaison est réalisée dans un plan P bissecteur de l'angle formé entre la paroi inférieure 11 du diffuseur et l'extrémité de la paroi latérale 8 de la volute, tel que représenté sur la figure 3. Sur cette figure, l'intersection entre le bec de volute 12 et le plan bissecteur P est symbolisé par un segment en trait plein S. Un segment en trait pointillé S' représente l'intersection d'un bec de volute s'étendant parallèlement à l'axe de la roue. Les segments S et S' sont également représentés sur la figure 2. L'angle d'inclinaison a entre les segments S et S', correspondant à l'angle d'inclinaison entre le segment S et l'axe de la roue, est choisi inférieur à environ 20 , et de préférence inférieur à environ 15 de manière à limiter une augmentation des dimensions de la volute. Cet angle est de préférence de l'ordre de 7 . Ces valeurs faibles de l'angle d'inclinaison sont suffisantes pour diminuer le bruit produit par le ventilateur par rapport à un ventilateur pourvu d'un bec parallèle à l'axe de la roue. Une telle inclinaison faible permet d'homogénéiser le champ de vitesse du flux en sortie de la roue et donc de réduire le bruit. Afin de limiter encore l'augmentation des dimensions externes de la volute, l'inclinaison du segment S résulte, de préférence, d'une rotation d'un angle a dans le plan P du segment S' par rapport au point médian I de ce dernier (figure 3). La solution proposée par l'invention permet également d'améliorer l'efficacité du ventilateur, ce qui se traduit par une réduction nette du bruit sur toute la gamme de fréquences généralement mesurées (0-10 000Hz). Des mesures ont été réalisées pour un ventilateur classique et un ventilateur pourvu d'un bec de volute incliné de 7 par rapport à l'axe de la roue, suivant une inclinaison inverse par rapport à l'exemple décrit ci-dessus, c'est-à-dire incliné de manière à augmenter les dimensions de la section de sortie d'air du côté du moteur et non du côté de l'entrée d'air. Avec des débits d'air de 250 ou 500 kg/h, le 2875560 6 ventilateur selon l'invention a permis d'obtenir un gain acoustique moyen de 4 dB en moyenne sur la gamme de fréquences mesurées (0-10 000 Hz) et sur le niveau global avec un microphone proche du ventilateur, et un gain acoustique jusqu'à 2 dB sur le niveau global avec un microphone situé au niveau de l'oreille du conducteur. La solution proposée par l'invention présente l'avantage d'être très simple à réaliser, sans augmenter le volume du ventilateur, ni son coût. La faible valeur des angles proposés permet d'intégrer le ventilateur dans une architecture de ventilation automobile, où la section d'air de sortie de volute est de l'ordre de 1500 mm2 seulement et où la dimension de la volute suivant l'axe de la roue ne dépasse pas 120 mm. Ces angles sont également adaptés aux vitesses de rotation utilisées dans l'automobile, généralement comprises entre 2000 et 5000 tours/min. 2875560 7 REVENDICATIONS 1. Ventilateur centrifuge pour système de ventilation d'un véhicule automobile, comprenant: - un boîtier en volute (1) formé d'une paroi avant (5) pourvue d'une entrée d'air (6), d'une paroi arrière (7), et d'une paroi latérale (8) joignant les parois avant et arrière et pourvue d'un orifice de sortie d'air, - un diffuseur (9) en communication avec l'orifice de sortie d'air, comportant une paroi supérieure (10) s'étendant dans le prolongement d'une extrémité de la paroi latérale (8), une paroi inférieure (11) du diffuseur formant un angle avec l'autre extrémité de la paroi latérale (8) et raccordée à celle-ci par un bec de volute (12), et deux parois avant et arrière joignant les parois supérieure (10) et inférieure (11) entre elles et jointes aux parois avant (5) et arrière (7) respectivement du boîtier, - une roue de ventilation (2) montée à rotation dans le boîtier, dont l'axe de rotation (3), sensiblement perpendiculaire aux parois avant (5) et arrière (7) du boîtier, est entraîné par un moteur (4), caractérisé en ce que la section du diffuseur (9) est sensiblement constante sur toute la longueur du diffuseur et en ce que le bec de volute (12) est incliné par rapport à l'axe de la roue (3) suivant un angle (a) inférieur à 20 environ de manière telle que la dimension de la section de diffusion d'air en sortie de volute du côté de la paroi avant (5) du boîtier soit différente de la dimension de cette section du côté de la paroi opposée arrière (6) du boîtier. 2. Ventilateur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension de la section de diffusion d'air en sortie de volute du côté d'une paroi du boîtier est réduite et celle de cette section du côté de la paroi opposée du boîtier est augmentée. 3. Ventilateur centrifuge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (a) est inférieur à environ 15 . 4. Ventilateur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (a) est d'environ 7 . 5. Ventilateur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bec de volute (12) est situé dans un plan (P) parallèle à l'axe de la roue (3) et bissecteur de l'angle formé entre la paroi latérale (8) de la volute et la paroi inférieure (11) du diffuseur. 2875560 8 6. Ventilateur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le point médian (I) du bec de volute incliné est confondu avec le point médian d'un bec de volute qui serait parallèle à l'axe de la roue. 7. Ventilateur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bec de volute (12) est incliné de manière à augmenter la section de diffusion d'air en sortie de volute du côté de la paroi avant (5) du boîtier. 8. Ventilateur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bec de volute est incliné de manière à augmenter la section de diffusion d'air en sortie de volute du côté de la paroi arrière (6) du boîtier.