Brevet FR2877080A1 — publié le 20060428

Boîte d'alimentation en fluide d'un échangeur de chaleur L'invention concerne une boîte d'alimentation en fluide d'un échangeur thermique, en particulier pour véhicule automobile, contenant un radiateur destiné à refroidir de l'eau ou de l'air. Les boîtes d'alimentation classiques montées sur les entrées des échangeurs thermiques assurent la distribution du fluide qu'elles acheminent sur l'ensemble de la façade d'entrée des échangeurs. Elles sont généralement de forme parallélépipédique et sont traversées par un fluide qui est destiné à être refroidi dans l'échangeur thermique. Ce fluide arrive dans la boîte d'alimentation par une canalisation d'amenée du fluide et ressort par une face de sortie de la boité, positionnée en regard de la face d'entrée de l'échangeur thermique. Une boîte d'alimentation conventionnelle est utilisée par exemple dans le circuit de refroidissement de l'air ou de l'eau, tel que le circuit de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile. Classiquement, le fluide à refroidir débouche dans la boîte d'alimentation, rentre dans le faisceau de tuyaux de l'échangeur thermique par la face d'entrée et est refroidi par l'air extérieur qui passe au travers des tuyaux de l'échangeur. Une telle boîte d'alimentation peut aussi être utilisée dans un circuit d'huile, tel que le circuit de lubrification du moteur et! ou de la boîte de vitesses d'un véhicule automobile. Dans une boîte d'alimentation parallélépipédique classique, le flux de fluide entrant dans la cavité interne de la boîte en direction de faisceau de tubes de l'échangeur subit des pertes de charges. Celles-ci sont dues à la forme de la boîte qui n'est pas adaptée pour réduire sensiblement ce phénomène dans de tels circuits de refroidissement. Les pertes de charge dans une boîte d'alimentation classique sont de deux types. D'une part, la canalisation d'amenée du fluide présente un élargissement brusque qui génère une perte de charge spécifique et locale importante. D'autre part, une perte de charge par convergence du fluide vers l'orifice de sortie constitue une perte de charge singulière lorsque le fluide sort de la boîte à eau. Pour réduire les pertes de charge dans les boîtes d'alimentation des échangeurs thermiques sans modifier la forme du faisceau, il est connu d'employer une pompe plus puissante permettant de compenser la perte de charge induite dans le circuit de refroidissement. Cependant, une telle solution entraîne un surcoût qui est du au dimensionnement du système de refroidissement et au problème d'implantation de la pompe dans le compartiment moteur du véhicule. Afin de palier les inconvénients d'une telle solution, il est donc nécessaire d'optimiser l'écoulement du fluide dans les boîtes d'alimentation. Les documents EP-0692695, US-4665972 et EP-0454559 proposent des systèmes de boîtes d'alimentation combinant plusieurs canalisations d'amenée et d'évacuation du fluide. Ces boîtes de forme parallélépipédique permettent d'orienter le flux entrant dans l'échangeur en combinant des dispositifs de fixation avec des canalisations. La géométrie et la configuration des canalisations étant prédéterminées, des contraintes sont imposée à la forme de la boîte d'alimentation au détriment de l'écoulement du fluide. De telles configurations de boîtes d'alimentation provoquent une augmentation du niveau de pression dans le système fluide et un accroissement de la consommation d'énergie qui est nécessaire à la circulation du fluide. L'objet de la présente invention est de fournir une boîte d'alimentation en fluide améliorée permettant de diminuer les pertes de charge à l'entrée d'un échangeur thermique. La présente invention concerne une boîte d'alimentation en fluide d'un échangeur thermique du type comportant un boîtier défini par une paroi avant, une paroi arrière et une paroi latérale comportant une ouverture latérale de sortie destinée à orienter un flux sortant vers un échangeur de chaleur, qui délimitent une cavité interne du boîtier, et une canalisation d'alimentation reliée à un orifice d'entrée de la paroi avant et destinée à orienter le flux entrant dans une direction sensiblement perpendiculaire à la paroi arrière, ladite ouverture latérale de sortie étant sensiblement parallèle à l'axe de ladite canalisation, caractérisée en ce que la paroi arrière comporte une portion plane centrale sensiblement perpendiculaire à l'axe de la canalisation et agencée en regard de l'orifice, et au moins une portion périphérique adjacente à la portion plane en forme de gouttière. Un des avantages de la présente invention est qu'elle permet de diffuser sur un plan le fluide qui transite en diminuant les pertes de charge interne de la boîte à eau. Une telle boîte à eau se comporte comme un diffuseur plan dont l'avantage est de diminuer la vitesse du flux en optimisant le rendement du système technique. De préférence, la boîte à eau selon l'invention présente 25 encore les caractéristiques suivantes: - la paroi latérale comporte une portion de forme générale circulaire et l'ouverture latérale de sortie de forme plane, - l'ouverture latérale de sortie est reliée à une entrée de l'échangeur de chaleur, - la portion périphérique a sensiblement le forme d'un demi-tore s'étendant autour de la paroi arrière, - la canalisation d'alimentation est reliée à la paroi avant par une paroi de raccordement arrondie de façon à répartir le flux sur la paroi arrière, - la distance entre la paroi avant et la paroi arrière est sensiblement égale au quart du diamètre de la tubulure, et - la paroi arrière se raccorde à une paroi de raccordement délimitant l'ouverture latérale de sortie. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et 10 illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement la boîte d'alimentation selon l'invention en trois dimensions, - la figure 2 représente schématiquement la boîte d'alimentation selon l'invention en trois dimension vue de 15 derrière, - la figure 3 représente schématiquement la boite d'alimentation selon l'invention dans le plan d'un échangeur thermique auquel elle est reliée, la figure 4 représente schématiquement la boîte 20 d'alimentation selon un plan de coupe A-A, et - la figure 5 représente schématiquement la façade arrière de la boîte d'alimentation selon un plan de coupe B-B. Telle que représentée sur la figure 1, la boîte d'alimentation 1 selon l'invention est constituée d'un boîtier 2. Ce boîtier 2 comporte une paroi avant 3, une paroi arrière 4 sensiblement parallèle à la paroi avant 3 et une paroi latérale 5 qui ferme le boîtier 2. Une fenêtre ou ouverture de sortie 6 est aménagée dans la paroi latérale 5 et est destinée à orienter le flux de fluide sortant en direction d'un échangeur 7. L'échangeur de chaleur 7 est de type classique et peut être destiné au refroidissement de différents types de fluides: de l'air ou de l'eau par exemple. L'ensemble des trois parois 3, 4 et 5 délimite une cavité interne 8 du boîtier 2 dans laquelle se créent des pertes de charge. Le plan principal de la boîte d'alimentation 1 représenté par le plan de la paroi avant 3 est sensiblement dans la même plan que celui d'un échangeur thermique 7 conventionnellement plan. La paroi avant 3 comporte en outre une canalisation d'alimentation 9 en fluide de la cavité interne 8. Cette canalisation 9 est reliée à un orifice d'entrée 10 réalisé dans la paroi avant 3 par l'intermédiaire d'une paroi de raccordement arrondie 15. La paroi de raccordement arrondie 15 est destinée à réduire les pertes de charge du flux entrant dans le boîtier 2. Cet agencement évasé permet de concilier les contraintes relatives à l'implantation de la boîte d'alimentation 1 dans le compartiment moteur d'un véhicule par exemple. La figure 2 représente la boite d'alimentation 1 selon l'invention du coté de la paroi arrière 4 de la boîte 1. Cette paroi arrière 4 comporte une paroi de raccordement 16. La figure 3 représente la boîte d'alimentation 1 en coopération avec l'échangeur thermique 7. La boîte d'alimentation 1 est reliée à l'échangeur 7 par des moyens de fixation non représentés. L'invention telle que représentée à la figure 4 comprend la canalisation d'alimentation 9 qui oriente le flux de fluide entrant dans la cavité interne 8 de la boîte à eau 1 dans une direction sensiblement perpendiculaire à la paroi arrière 4. Ce flux est ensuite dirigé vers la paroi arrière 4 constituée de deux portions adjacentes. Une première portion plane centrale 11 sensiblement perpendiculaire à l'axe de la canalisation 9 est située en regard de l'orifice 10. Cette portion plane centrale 11 est positionnée à une distance sensiblement égale au quart du diamètre de la canalisation 9. De cette façon, ce plan 11 située face à l'orifice 10 permet de conserver l'énergie cinétique du fluide et de le diffuser radialement. Une deuxième portion périphérique 12, adjacente à la première, est réalisée en forme de gouttière ou de demi-tore pour collecter radialement le fluide qui vient de perdre de la vitesse sur la portion plane centrale 11. Le fluide peut ainsi être acheminé à basse vitesse vers le faisceau de tubes de l'échangeur thermique 7. L'ensemble constitué de la portion centrale 11, de la portion périphérique 12 et de la paroi de raccordement arrondie 15 constitue un diffuseur plan intégré dans la boîte d'alimentation 1. Ce diffuseur plan permet de prendre en compte l'écoulement du fluide transitant à travers la boîte 1 de façon à réduire la vitesse du fluide en diminuant les pertes de charge. La paroi latérale 5 est de forme générale circulaire de façon à suivre le pourtour de la portion périphérique 12. Elle comporte en outre une ouverture latérale de sortie 6. Cette dernière est destinée à s'adapter à la forme du faisceau de l'échangeur 7 pour que le flux sortant ne subisse pas de perturbations pouvant générer des pertes de charge néfastes. La paroi arrière 4 se raccorde à la paroi de raccordement 16 qui est destinée à orienter le flux de fluide après sa collecte dans la gouttière 12 vers l'ouverture de sortie 6. La paroi de raccordement 16 permet d'adapter la forme de la boîte à eau 1 aux différentes formes d'échangeur thermique 7. En effet, pour respecter les contraintes aérodynamiques liées à ce type de diffuseur, il est important de respecter les cotes dimensionnées pour réduire sensiblement les pertes de charge. Ces cotes sont donc fixes et la forme de la paroi de raccordement peut évoluer pour guider le flux sortant et adapter la boîte à eau à différents échangeurs 7. Le sens d'écoulement du fluide dans la boîte d'alimentation 1 est représenté sur la figure 5 selon un plan de coupe B-B. Le fluide arrive sensiblement au centre de la portion centrale 11 et est diffusé radialement vers la gouttière 12 qui collecte le fluide. Le fluide est ensuite orienté vers l'entrée de l'échangeur thermique. Grâce à cette boîte à eau selon l'invention, les pertes de charge diminuent de l'ordre de 20 à 40% suivant le type d'échangeur thermique 7 et le débit de fluide transitant à travers cette boîte peut augmenter de 10%. La forme particulière de cette boîte à eau 1 constitue un moyen efficace pour diminuer les pertes de charges dans les systèmes d'échangeurs thermiques. REVENDICATIONS 1. Boîte d'alimentation (1) en fluide d'un échangeur thermique (7) du type comportant: un boîtier (2) défini par une paroi avant (3), une paroi arrière (4) et une paroi latérale (5) comportant une ouverture latérale de sortie (6) destinée à orienter un flux sortant vers un échangeur de chaleur (7), qui délimitent une cavité interne (8) du boîtier (2), et une canalisation d'alimentation (9) reliée à un orifice d'entrée (10) de la paroi avant (3) et destinée à orienter le flux entrant dans une direction sensiblement perpendiculaire à la paroi arrière (4), ladite ouverture latérale de sortie (6) étant sensiblement parallèle à l'axe de ladite canalisation (9), caractérisée en ce que la paroi arrière (4) comporte: une portion plane centrale (11) sensiblement perpendiculaire à l'axe de la canalisation (9) et agencée en regard de l'orifice (10), et au moins une portion périphérique (12) adjacente à la portion plane (11) en forme de gouttière. 2. Boîte d'alimentation (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi latérale (5) comporte une portion de forme générale circulaire (13) et l'ouverture latérale de sortie (6) de forme plane. 3. Boîte d'alimentation (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ouverture latérale de sortie (6) est reliée à une entrée de l'échangeur de chaleur (7). 4. Boîte d'alimentation (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la portion périphérique (12) a sensiblement le forme d'un demi-tore s'étendant autour de la paroi arrière (4). 5. Boîte d'alimentation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la canalisation d'alimentation (9) est reliée à la paroi avant (3) par une paroi de raccordement arrondie (15) de façon à répartir le flux sur la paroi arrière (4). 6. Boîte d'alimentation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance entre la paroi avant (3) et la paroi arrière (4) est sensiblement égale au quart du diamètre de la tubulure (9) . 7. Boîte d'alimentation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi arrière (4) se raccorde à une paroi de raccordement (16) délimitant l'ouverture latérale de sortie (6).