Brevet FR2930199A1 — publié le 20091023

ENSEMBLE D'ECHANGEURS THERMIQUES, VEHICULE ET PROCEDE DE REFROIDISSEMENT [000l] L'invention concerne un ensemble d'au moins un premier et un deuxième échangeurs thermiques, un véhicule équipé de cet ensemble et un procédé de refroidissement à l'aide de cet ensemble. [0002] II est connu un ensemble d'au moins un premier et un deuxième échangeurs 10 thermiques présentant, respectivement, une première et une deuxième faces avant, • - la première face avant étant placée en amont de la deuxième face avant dans un premier écoulement d'air frais qui traverse successivement ces faces avant, et • - la surface de la première face avant étant plus petite que la surface de la deuxième face avant pour permettre à un deuxième écoulement d'air frais d'atteindre 15 directement la deuxième face sans traverser la première face. [0003] Typiquement, cet ensemble connu est installé derrière une entrée d'air frais d'un véhicule. Dans ce cas, le premier échangeur thermique est un refroidisseur d'air de suralimentation et le deuxième échangeur thermique est un condenseur d'un liquide réfrigérant de la climatisation du véhicule. 20 [0004] L'air de suralimentation est l'air comprimé par un ou plusieurs turbo-compresseurs avant d'être admis sous pression dans les cylindres d'un moteur thermique du véhicule. L'augmentation de la pression de l'air admis dans les cylindres se traduit par une élévation de la température de cet air. Le refroidisseur d'air de suralimentation a pour fonction d'abaisser la température de l'air comprimé destiné à 25 être admis dans les cylindres. [0005] Dans les véhicules, l'ensemble connu comprend aussi un troisième échangeur thermique propre à refroidir le liquide de refroidissement du moteur thermique du véhicule. Ce troisième échangeur thermique est classiquement désigné par le terme de � radiateur �. 30 [0006] L'agencement d'un premier échangeur thermique devant un deuxième échangeur thermique dont la face avant est plus grande que la face avant du premier échangeur thermique est également connu sous l'expression de � façade semi-5 surfacique � ou � agencement semi-surfacique �. Cet agencement semi-surfacique permet d'avoir des écoulements d'air frais qui atteignent directement la deuxième face sans avoir traversé la première face du premier échangeur thermique. [0007] L'invention vise à améliorer cet agencement semi-surfacique pour accroître l'efficacité du refroidissement du premier échangeur thermique tout en limitant les dégradations de l'efficacité du deuxième échangeur thermique. [0008] Elle a donc pour objet un ensemble d'au moins un premier et un deuxième échangeurs thermiques comportant une première paroi propre à dévier une partie du deuxième écoulement d'air frais, pour la diriger directement vers la première face avant, au moins une ouverture étant ménagée dans cette première paroi pour laisser subsister le deuxième écoulement d'air frais. [0009] Dans l'ensemble ci-dessus, la première paroi permet de guider plus d'air frais vers le premier échangeur thermique. Ainsi, l'efficacité de ce premier échangeur thermique est accrue et son refroidissement est meilleur. Parallèlement, cette première paroi laisse subsister le deuxième écoulement d'air frais auquel est directement exposé le deuxième échangeur thermique. Ainsi, la dégradation des performances du deuxième échangeur thermique est limitée. [ooioi Les modes de réalisation de cet ensemble peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : • la première paroi est sensiblement parallèle à la direction principale du premier écoulement d'air frais ; • l'ensemble comprend une deuxième paroi en vis-à-vis de la première paroi, ces deux parois formant un canal apte à canaliser l'air frais vers la première face, cette deuxième paroi étant étanche à l'air ; • la première paroi s'étend entre un bord de la première face avant et un bord d'une entrée d'air par l'intermédiaire de laquelle sont reçus les premier et deuxième écoulements d'air frais ; • la première et la deuxième parois s'étendent entre des bords opposés de la première face avant et des bords opposés d'une entrée d'air par l'intermédiaire de laquelle sont reçus les premier et deuxième écoulements d'air frais ; • la première paroi comprend plusieurs ouvertures réparties sur la majorité de la largeur de cette paroi dans une direction perpendiculaire à la direction principale du premier écoulement d'air frais ; • la première paroi comprend au moins une ouverture qui s'étend sur la majorité de la longueur de la première paroi dans une direction perpendiculaire à la direction principale du premier écoulement d'air frais ; • le second échangeur thermique est un condenseur d'un liquide réfrigérant comprenant au moins un tube de sous-refroidissement disposé de manière à être exposé directement au deuxième écoulement d'air frais ; • le premier échangeur thermique est un refroidisseur d'air de suralimentation d'un véhicule ; • l'ensemble comprend un troisième échangeur thermique propre à refroidir un liquide de refroidissement d'un moteur thermique d'un véhicule, ce troisième échangeur thermique présentant une troisième face avant apte à être traversée par les écoulements d'air frais, cette troisième face avant étant placée en aval de la deuxième face dans le premier écoulement d'air frais. [0011] Les modes de réalisation de cet ensemble présentent en outre les avantages suivants : • - utiliser une première paroi sensiblement parallèle à la direction principale du premier écoulement d'air frais permet d'obtenir, qu'à haute vitesse, l'air frais traverse principalement la première face tandis qu'à basse vitesse, l'air frais passe principalement à travers le(s) ouverture(s) de la première paroi pour atteindre directement la deuxième face, ce qui améliore les performances de l'ensemble d'échangeurs thermiques, et en particulier du sous refroidissement du condenseur dans le cas où il est le 2ème échangeur, • - l'utilisation d'une seconde paroi en vis-à-vis de la première paroi pour canaliser plus d'air frais vers la première face améliore encore plus l'efficacité du premier échangeur thermique, • - utiliser une première ou deuxième paroi qui s'étend entre un bord du premier échangeur thermique et un bord d'une entrée d'air frais permet de réaliser simplement le dispositif de guidage des écoulements d'air frais, • - répartir les ouvertures sur la majorité de la largeur de la première paroi ou utiliser une seule ouverture qui s'étend sur la majorité de cette largeur permet d'exposer la deuxième face directement à un écoulement d'air frais sur la majorité de sa largeur. [0012] L'invention a également pour objet un véhicule équipé de cet ensemble d'au moins un premier et un deuxième échangeurs thermiques. [0013] Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de refroidissement de fluides à l'aide de l'ensemble ci-dessus, ce procédé comprenant la déviation d'une partie du deuxième écoulement d'air frais, pour la diriger directement vers la première face avant et, en parallèle, le maintient du second écoulement d'air frais en le faisant passer par l'intermédiaire d'au moins une ouverture ménagée dans la première paroi. [0014] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : • - la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule équipé d'un ensemble d'échangeurs thermiques, • - les figures 2 à 4 sont des illustrations en coupe et en perspective de l'ensemble d'échangeurs thermiques de la figure 1, et • - la figure 5 est une illustration schématique d'un autre mode de réalisation d'un véhicule équipé d'un ensemble d'échangeurs thermiques. [0015] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0016] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0017] La figure 1 représente un véhicule 2 propulsé par un moteur thermique 4 sur un sol horizontal. [0018] Dans la suite de cette description, les termes � inférieur � et � bas � sont utilisés pour désigner des parties d'éléments tournées vers le sol. Les termes � supérieur � et � haut � désignent des parties de ces éléments tournées dans la direction opposée. Le terme � avant � désigne les parties des éléments situées les plus en avant dans la direction de déplacement du véhicule lorsque celui-ci avance. [0019] Pour simplifier la figure 1, seule la partie avant du véhicule 2 a été représentée. [0020] Le moteur 4 est par exemple un moteur diesel. [0021] Ce moteur 4 est associé à un ou plusieurs turbo-compresseurs 6 aptes à produire l'air de suralimentation admis dans des cylindres du moteur 4. [0022] Le véhicule 2 comprend également un ensemble 10 d'échangeurs thermiques formant un agencement semi-surfacique. Plus précisément, l'ensemble 10 comprend les échangeurs thermiques suivants : • - un refroidisseur 14 d'air de suralimentation, • - un condenseur 16 d'un liquide réfrigérant d'un climatiseur du véhicule 2, et • - un radiateur 18 propre à refroidir un liquide de refroidissement du moteur 4. [0023] Cet ensemble 10 est destiné à être traversé par des écoulements d'air frais admis à l'intérieur du véhicule par l'intermédiaire d'entrées d'air 20 et 22. Ces entrées d'air 20 et 22 sont situées à l'avant du véhicule. Plus précisément, l'entrée d'air 20 est située au-dessus d'une peau 24 de pare-chocs avant. L'entrée d'air 22 est quant à elle située en dessous de cette peau 24 de pare-chocs avant. [0024] La peau 24 recouvre une poutre 26 de pare-chocs propre à protéger l'ensemble 10 en cas de choc frontal du véhicule 2 contre un obstacle. [0025] Ici, les entrées 20 et 22 comportent chacune une grille, respectivement 26 et 28 s'étendant sur toute la surface des entrées d'air. Ces grilles 26 et 28 ont simplement pour but d'empêcher des saletés de taille importante de pénétrer à l'intérieur du véhicule. La perte de charge provoquée par ces grilles 26 et 28 est négligeable. [0026] Un écoulement 30 d'air frais est admis à l'intérieur du véhicule 2 par l'intermédiaire de l'entrée 20. La direction principale de cet écoulement 30 est représentée par une flèche portant également la référence 30 sur la figure 1. Cette direction principale est ici sensiblement parallèle à la direction de déplacement du véhicule 2. L'écoulement 30 traverse successivement le condenseur 16 et le radiateur 18. Par contre, l'écoulement 30 ne traverse pas le refroidisseur 14. [0027] Deux écoulements 32 et 34 d'air frais sont admis par l'intermédiaire de l'entrée 22. Sur la figure 1, les directions principales de ces écoulements sont représentées par des flèches portant également et respectivement les références 32 et 34. Ici, la direction principale de l'écoulement 32 est sensiblement parallèle à la direction principale de l'écoulement 30. L'écoulement 32 traverse successivement le refroidisseur 14, le condenseur 16 et le radiateur 18. [0028] L'écoulement 32 contourne le refroidisseur 14 par le bas avant de traverser successivement le condenseur 16 et le radiateur 18. [0029] Le refroidisseur 14 est un échangeur thermique air/air propre à refroidir l'air de suralimentation par l'écoulement 32 d'air frais. Ici, une portion du circuit de circulation de cet air de suralimentation est représentée par des flèches 36 et 38. Le refroidisseur 14 présente une face avant 40 apte à être traversée par les écoulements d'air frais. Ici, cette face 40 est directement exposée à l'écoulement 32. La face 40 s'étend principalement dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction principale de cet écoulement. [0030] Ici, par � sensiblement perpendiculaire � on signifie que le plan est perpendiculaire à la direction principale de l'écoulement à plus ou moins 25° près et, de préférence, à plus ou moins 10 ° près. [0031] Le refroidisseur 14 a une forme sensiblement parallélépipédique. De plus, il est disposé en amont du condenseur 16 par rapport à la direction de l'écoulement 32. [0032] Le condenseur 16 est un échangeur thermique air/liquide réfrigérant propre à refroidir le liquide réfrigérant à partir des écoulements 30, 32 et 34 d'air frais. A cet effet, le condenseur 16 présente une face avant 42 apte à être traversée par les écoulements d'air frais. Cette face 42 est située immédiatement derrière le refroidisseur 14. La face 42 s'étend principalement dans un plan parallèle au plan de la face 40. [0033] La surface de la face avant 42 est strictement supérieure à la surface de la face 40 du refroidisseur 14. De préférence, la surface de la face 42 est au moins deux et, de préférence, quatre fois supérieure à la surface de la face 40. Ici, le condenseur 16 est disposé par rapport au refroidisseur 14 de manière à ce que la face 42 s'étende au-dessus et en dessous du refroidisseur 14. Ainsi une partie supérieure de la face 42 est directement exposée à l'écoulement 30 tandis qu'une partie inférieure de cette face est directement exposée à l'écoulement 34. Ici, par directement exposée, on désigne le fait que l'écoulement en question atteint directement la face 42 sans traverser la face 40 du refroidisseur 14. [0034] Le condenseur 16 est par exemple formé de tubes et d'ailettes formant un circuit de circulation du liquide réfrigérant, chacun de ces tubes étant exposé aux écoulements d'air frais. Parmi ces tubes, les tubes situés dans la partie inférieure du condenseur 16 forment des tubes de sous-refroidissement, c'est-à-dire des tubes dans lesquels la température du liquide réfrigérant descend en dessous de la température de condensation de ce liquide réfrigérant. Ces tubes portent ici la référence 44 sur la figure 1. Ces tubes 44 sont directement exposés à l'écoulement 34 d'air frais. [0035] Le radiateur 18 est un échangeur thermique air/liquide de refroidissement propre à refroidir le liquide de refroidissement du moteur 4 à partir des écoulements d'air 30, 32 et 34. Par exemple, le liquide de refroidissement est de l'eau ou un mélange eau/glycol. A cet effet, le radiateur 18 présente une face avant 48 qui s'étend dans un plan parallèle au plan de la face 40. Cette face 48 est apte à être traversée par ces écoulements 30, 32 et 34. Ici, la surface de la face 48 est égale à la surface de la face 42. La face 48 est disposée par rapport au condenseur 16 de manière à ce que cette face 48 soit entièrement cachée par la face 42 dans la direction des écoulements 30 et 34. [0036] Sur la figure 1, le circuit du liquide de refroidissement du moteur 4 est 20 schématiquement représenté par des flèches 50 et 52. [0037] Le véhicule 2 comprend également en aval du radiateur 18 par rapport au sens des écoulements 30, 32 et 34, un groupe moto-ventilateur 54 propre à accélérer la vitesse des écoulements 30, 32 et 34 d'air frais. [0038] Enfin, l'ensemble 10 comprend deux parois 56 et 58 destinées à améliorer 25 l'efficacité du refroidisseur 14. [0039] La paroi 56 s'étend d'un bord supérieur de la face avant 40 du refroidisseur 14 jusqu'à un bord supérieur de l'entrée d'air 22. Cette paroi 56 s'étend également continûment dans une direction Y perpendiculaire à la direction de déplacement du véhicule sur toute la largeur de la face avant 40. Cette paroi 56 présente par exemple 30 une largeur de 64 cm dans la direction Y et une profondeur de 6 cm. L'épaisseur de cette paroi 56 et par exemple de 6 mm. [0040] Cette paroi 56 est étanche à l'air pour augmenter la quantité d'air frais qui traverse la face avant 40 du refroidisseur 14. Ici, cette paroi 56 atteint cet objectif en empêchant ou en limitant l'apparition d'un écoulement d'air frais admis par l'intermédiaire de l'entrée 22 et qui contournerait par le haut la face 40 du refroidisseur 14. [0041] Pour éviter les pertes de charge, la paroi 56 s'étend sensiblement parallèlement à la direction principale de l'écoulement 32. [0042] La paroi 58 est destinée à augmenter la quantité d'air frais qui traverse la face avant 40 tout en laissant subsister l'écoulement 34 qui contourne par le bas cette face avant. A cet effet, la paroi 56 s'étend d'un bord inférieur de la face 40 jusqu'à un bord inférieur de l'entrée 22. Comme la paroi 56, la paroi 58 s'étend dans la direction Y sur toute la largeur de la face avant 40. Des ouvertures 60 sont ménagées dans cette paroi 58 de manière à permettre le passage de l'écoulement 34. Par exemple ces ouvertures 60 sont des trous traversants. Ici, ils sont disposés à intervalles réguliers sur toute la largeur de la paroi 60. Dans ce mode de réalisation, la paroi 58 comprend une seule rangée d'ouvertures réparties sur toute la largeur de cette paroi. Ces ouvertures ont par exemple une section circulaire ou rectangulaire dont la plus grande largeur et inférieure ou égale à 40 mm. Par exemple, les ouvertures 60 ont une plus grande largeur égale à 30 mm. [0043] De manière à favoriser le passage de l'air frais au travers la face 40 lorsque le véhicule roule à haute vitesse et, au contraire, à favoriser le passage de l'air frais à travers les ouvertures 60 lorsque le véhicule roule à basse vitesse, la paroi 58 s'étend sensiblement parallèlement à la direction principale de l'écoulement 32. [0044] Ici par l'expression � sensiblement parallèlement �, on désigne que la paroi 56 ou 58 s'étend principalement dans un plan parallèle à la direction principale de l'écoulement 32 à plus ou moins 20 degrés près. [0045] Les figures 2 et 4 sont des vues en perspective de la partie avant du véhicule 2. La figure 3 est une vue en coupe partielle de la partie avant du véhicule 2 représentée schématiquement sur la figure 1. [0046] Lors du fonctionnement du véhicule 2, lorsque celui-ci roule à vitesse élevée, c'est-à-dire à plus de 50 km/h, à cause de l'inertie de la masse d'air admise à l'intérieur du véhicule par l'intermédiaire de l'entrée 22, celle-ci vient préférentiellement frapper et traverser la face avant 40. Ainsi, à vitesse élevée, la quantité d'air qui emprunte l'écoulement 32 est plus importante que celle qui emprunte l'écoulement 34. A l'inverse, à vitesse faible, le ratio entre la quantité d'air véhiculée par l'écoulement 32 sur la quantité d'air véhiculée par l'écoulement 34 a tendance à s'équilibrer voire même à devenir strictement inférieur à 1 pour de très faibles vitesses. Ainsi, à faible vitesse, l'écoulement 34 est favorisé par rapport à l'écoulement 32. [0047] On comprend donc qu'à vitesse élevée, l'efficacité du refroidisseur 14 est améliorée puisque celui-ci est traversé par des quantités d'air plus importantes qu'en absence des parois 56 et 58. De plus, la dégradation de l'efficacité du condenseur 16 est limitée puisque d'une part l'écoulement 34 continue à subsister et d'autres parts, à faible vitesse, cet écoulement 34 est même favorisé. [0048] La figure 5 représente un véhicule 100. Ce véhicule 100 est identique au véhicule 2 à l'exception que l'entrée d'air 20 est supprimée et que l'ensemble 10 est remplacé par un ensemble 104 d'échangeurs thermiques. [0049] L'ensemble 104 d'échangeurs thermiques est identique à l'ensemble 10 à l'exception du fait que le refroidisseur 14 est situé en dessous de l'entrée d'air 22. Dans ces conditions, les parois 56 et 58 ne s'étendent plus parallèlement à la direction de déplacement du véhicule. Ce mode de réalisation permet de montrer qu'il n'est pas nécessaire de placer le refroidisseur 14 exactement en vis-à-vis de l'entrée 22. En effet, grâce aux parois 56 et 58 qui canalisent l'air frais admis par intermédiaire de l'entrée 22 vers le refroidisseur 14, il est possible d'excentrer le refroidisseur 14 par rapport à cette entrée d'air 22. [0050] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, les entrées d'air peuvent être situées au niveau de la peau du capot avant du véhicule plutôt qu'au niveau du pare-choc avant. [0051] En variante, la paroi 56 est omise. [0052] Une grande variété de formes est envisageable pour la section transversale des ouvertures 60. Par exemple, si les ouvertures 60 sont des fentes, la section sera rectangulaire. De plus, le nombre d'ouvertures ménagées dans la paroi 58 varie de un à plusieurs dizaines ou centaines. [0053] En variante, chaque ouverture 60 peut être associée à une protrusion qui s'avance au-delà du plan principal dans lequel s'étend la paroi 58. Par exemple, ces protrusions ont pour fonction de guider l'air à travers les ouvertures 60. [0054] L'ensemble selon l'invention présente un certain nombre d'avantages. Ainsi, le style du véhicule n'est pas impacté, même si les entrées d'air ne sont pas en face du refroidisseur d'air de suralimentation. De même, les performances de l'ensemble de climatisation ne sont pas impactées. Pour autant, le gain de performance est estimé à environ 2-3kW, ce qui est loin d'être négligeable, pour un surcoût très faible. REVENDICATIONS1. Ensemble d'au moins un premier et un deuxième échangeurs thermiques (14, 16) présentant, respectivement, une première et une deuxième facesavant (40, 42), - la première face avant (40) étant placée en amont de la deuxième face avant (42) dans un premier écoulement (32) d'air frais qui traverse successivement ces faces avant, et - la surface de la première face avant étant plus petite que la surface de la deuxième face avant pour permettre à un deuxième écoulement (34) d'air frais d'atteindre directement la deuxième face sans traverser la première face, caractérisé en ce que l'ensemble comprend une première paroi (58) propre à dévier une partie du deuxième écoulement d'air frais, pour la diriger directement vers la première face avant (40), au moins une ouverture (60) étant ménagée dans cette première paroi pour laisser subsister le deuxième écoulement (34) d'air frais. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la première paroi (40) est sensiblement parallèle à la direction principale du premier écoulement (32) d'air frais. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble comprend une deuxième paroi (56) en vis-à-vis de la première paroi (58), ces deux parois formant un canal apte à canaliser l'air frais vers la première face, cette deuxième paroi étant étanche à l'air. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première paroi (58) s'étend entre un bord de la première face avant (40) et un bord d'une entrée d'air (22) par l'intermédiaire de laquelle sont reçus les premier et deuxième écoulements d'air frais. 5. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel la première et la deuxième parois (58, 56) s'étendent entre des bords opposés de la première face avant (40) et des bords opposés d'une entrée d'air (22) par l'intermédiaire de laquelle sont reçus les premier et deuxième écoulements d'air frais. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première paroi (58) comprend plusieurs ouvertures (60) réparties sur la majorité de la largeur de cette paroi dans une direction perpendiculaire à la direction principale du premier écoulement d'air frais. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première paroi (58) comprend au moins une ouverture qui s'étend sur la majorité de la longueur de la première paroi dans une direction perpendiculaire à la direction principale du premier écoulement d'air frais. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second échangeur thermique (16) est un condenseur d'un liquide réfrigérant comprenant au moins un tube (44) de sous-refroidissement disposé de manière à être exposé directement au deuxième écoulement d'air frais. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur thermique (14) est un refroidisseur d'air de suralimentation d'un véhicule. 10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble comprend un troisième échangeur thermique (18) propre à refroidir un liquide de refroidissement d'un moteur thermique d'un véhicule, ce troisième échangeur thermique présentant une troisième face avant (48) apte à être traversée par les écoulements d'air frais, cette troisième face avant étant placée en aval de la deuxième face dans le premier écoulement d'air frais. 11. Véhicule, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un ensemble (10 ; 104) d'au moins un premier et un deuxième échangeurs thermiques conformes à l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Procédé de refroidissement de fluides à l'aide d'un ensemble d'au moins un premier et un deuxième échangeurs thermiques conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend la déviation d'une partie du deuxième écoulement d'air frais, pour la diriger directement vers la première face avant et, en parallèle, le maintient du second écoulement d'air frais en le faisant passer par l'intermédiaire d'au moins une ouverture ménagée dans la première paroi.