Brevet FR2984426A1 — publié le 20130621

Dispositif de ventilation à double turbine à aubes décalées L'invention concerne un dispositif de ventilation destiné notamment à équiper un véhicule automobile, par exemple comme élément d'une installation de chauffage, de climatisation ou de ventilation de son habitacle. Parmi les dispositifs de ventilation connus, on connaît les ventilateurs à turbine ou cage d'écureuil où une turbine à aubes est entraînée en rotation par un moteur dans un boîtier en forme de volute. La turbine aspire l'air par une ouverture axiale du boîtier et le refoule radialement dans un conduit. Un problème de ce type de ventilateur est la nuisance sonore qu'il induit dans son environnement et qui est liée à son principe de fonctionnement. En effet, l'écoulement de l'air dans la volute n'est pas homogène. Au cours de la rotation de la turbine, des jets d'air sont propulsés vers l'extérieur de la turbine en passant entre deux aubes adjacentes. Ces jets d'air sont canalisés vers un conduit de refoulement et interrompus au passage des aubes devant un bec de volute, ce qui engendre des fluctuations de pression, en particulier une augmentation de la pression au niveau du bec de volute lorsque le jet d'air vient l'impacter. Il en résulte un bruit à la fréquence du passage des aubes devant le bec de volute. Il existe également des ventilateurs dont le moteur entraîne en rotation deux turbines, chacune située à une extrémité de son arbre. Un tel mode de construction est avantageux car il permet d'augmenter de façon significative le flux d'air en circulation, et aussi il est possible de gérer des circuits distincts de circulation d'air à l'aide d'un même moteur et d'une même commande électrique, par exemple un circuit d'air chaud et d'air froid, un circuit d'air extérieur et un circuit d'air recyclé, ou encore une circulation d'air dans deux zones distinctes de l'habitacle. La nuisance sonore d'un tel ventilateur peut être plus importante que celle d'un ventilateur à turbine simple. En effet les fluctuations de pression dans les deux compartiments génèrent des bruits qui s'additionnent. Le document US 4746266 propose de réduire la nuisance sonore par une disposition particulière des rayons de liaison entre le moyeu de la turbine et la couronne qui porte les aubes. Dans ce document, également, chaque turbine représentée comprend deux demies couronnes d'aubes décalées angulairement. Ce mode de construction d'une turbine pose cependant des problèmes importants de fabrication, comme par exemple une difficulté de moulage et de démoulage, impliquant un fort coût de production. Compte tenu de cet état de la technique, un but de l'invention est de proposer un ventilateur à double turbines qui est amélioré en ce que sa nuisance sonore est réduite par rapport aux dispositifs existants et en ce que ses turbines sont simples à réaliser et peu onéreuses. Ce dispositif de ventilation comprend deux turbines espacées l'une de l'autre, un organe commun d'entraînement en rotation des turbines autour d'un axe de rotation, chacune des turbines ayant des aubes réparties autour de l'axe de rotation selon un pas angulaire d'espacement, un boîtier comportant deux compartiments en volute, chaque compartiment logeant une turbine et ayant un bec de volute. Les aubes de chacune des turbines sont continues d'une extrémité à l'autre de la turbine et le passage d'une aube d'une première turbine devant son bec de volute respectif est décalé temporellement par rapport au passage d'un aube d'une deuxième turbine devant son bec de volute respectif. En d'autres termes, les aubes sont réparties de façon régulière à la périphérie de chacune des turbines et elles sont disposées de façon à ce que leur passage en regard du bec de volute associé se produise en décalage temporel d'une turbine à l'autre. De cette façon chaque turbine a un fonctionnement régulier, et la coupure des jets d'air et les fluctuations de pression à l'intérieur des différents compartiments est déphasée dans le temps. L'augmentation de la nuisance sonore est de ce fait diminuée comparativement à un dispositif classique à deux turbines. Selon un premier mode de réalisation, les aubes sont décalées d'une turbine à l'autre et les deux becs de volute sont calés angulairement par rapport à l'axe de rotation. Le décalage permet ainsi une diminution du bruit engendré par le fonctionnement du dispositif de ventilation du fait de la non addition des nuisances sonores. Avantageusement, d'une turbine à l'autre les aubes sont décalées angulairement d'un angle compris entre le tiers et les deux tiers de l'angle de 10 pas des aubes. Avantageusement, d'une turbine à l'autre les aubes sont décalées angulairement d'un angle égal à la moitié de l'angle de pas des aubes. 15 Selon un deuxième mode de réalisation, les aubes sont calées angulairement et les becs de volute associés aux turbines sont décalés l'un relativement à l'autre. Avantageusement,' les plans radiaux moyens des becs de volute forment 20 entre eux un angle compris entre le tiers et les deux tiers d'un angle de pas d'aube. Avantageusement, les plans radiaux moyens des becs de volute forment entre eux un angle égal à la moitié d'un angle de pas d'aube. 25 Selon une troisième mode de réalisation, les turbines ont chacune un nombre d'aubes différent. De préférence, la différence des nombres d'aubes des deux turbines est 30 inférieure à 15%. De préférence, les turbines ont 43 aubes pour l'une et 41 aubes pour l'autre. De préférence, les turbines ont 41 aubes pour l'une et 37 aubes pour l'autre. Pour le premier et deuxième mode de réalisation envisagé, le décalage temporel du passage d'une aube d'une turbine devant son bec de volute associé par rapport au passage d'un aube d'une deuxième turbine devant son bec de volute associé permet de diminuer les nuisances sonores. Ce dispositif de ventilation permet de réduire les nuisances sonores de manière simple et peu coûteuse puisque que les deux turbines utilisées sont identiques, simples de conception et de fabrication et que le décalage intervient soit lors du montage des deux turbines, soit lors de la fabrication des becs de volute. La fabrication de telles turbines est aisée du fait de leurs formes simples à mouler et à démouler. Pour le troisième mode de réalisation, le gain de fabrication est également du au fait de la forme simple et facilement démoulable des turbines utilisées. En outre, lors du montage des turbines sur l'arbre d'entraînement du moteur, l'étape consistant à caler les deux turbines l'une par rapport à l'autre n'est plus nécessaire. L'invention porte également sur une installation de chauffage, climatisation ou ventilation de l'habitacle d'un véhicule automobile, dans laquelle un dispositif de ventilation selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes est compris. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description ci-dessous et aux dessins en annexe qui lui sont associés. La figure 1 montre une vue générale d'un ventilateur à deux turbines sans son boîtier. La figure 2 représente le dispositif de la figure 1 dans son boîtier. La figure 3 est une vue schématique d'une turbine dans son compartiment en volute. La figure 4 illustre un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 5 est relative à une variante de construction. La figure 6 illustre un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif de ventilation 1. Ce dispositif comprend un boîtier principal 2 dont la structure générale est allongée selon une direction générale longitudinale L et qui est symétrique par rapport à un plan médian P perpendiculaire à cette direction longitudinale L. Le boîtier 2 comprend des bouches d'aspiration d'air qui sont situées de chaque côté du plan médian P vers chacune des extrémités 2a, 2b du boîtier. Chacune des 10 bouches est reliée à un compartiment en volute, respectivement 5, 6. Chaque compartiment en volute 5, 6 présente en outre une bouche radiale 11, 12 de refoulement d'air qui communique avec l'intérieur des compartiments en volute. Un compartiment médian 15 renferme un moteur d'entraînement 16. Le moteur est de tout type approprié. Par exemple les deux extrémités d'arbre du 15 moteur sont en saillie et elles portent chacune une roue à aubes ou turbine 17, 18 qui est assemblée de façon coaxiale sur l'arbre du moteur. Chacune des turbines 17, 18 est logée dans un compartiment 5, 6. De ce fait, les deux turbines 17, 18 sont centrées sur le même axe de rotation 8, elles se trouvent espacées l'une de l'autre dans des compartiments en volute 5 et 6 distincts. 20 La construction générale de chacune des turbines 17, 18 à l'intérieur de son compartiment en volute 5, 6 est sensiblement la même, mis à part des différences particulières qui sont décrites dans la suite. Ainsi la figure 3 représente plus particulièrement la turbine 18 dans son compartiment en volute 6. La turbine 18 a une forme générale cylindrique de révolution autour de son 25 axe de rotation. Elle possède des aubes 18a qui sont réparties de façon régulière à sa périphérie. Les aubes s'étendent de façon continue d'une extrémité 18c à l'autre 18d de la turbine, c'est à dire qu'elles s'étendent toutes de façon continue parallèlement à la direction définie par leur axe de rotation et relient une extrémité 18c à une autre extrémité 18d. Les aubes 18a définissent 30 deux à deux des canaux de circulation 9 d'air entre la face menée d'une première aube 18a' et la face menante d'une deuxième aube 18a" successive, compte tenu du sens de rotation de la turbine S. Les canaux de circulation d'air 9 sont orientés en oblique par rapport à la direction radiale, et ils sont inclinés dans le sens de l'élargissement de la volute. Selon le mode de réalisation illustré, les aubes 18a possèdent une section profilée, mais ceci n'est pas limitatif. D'autres modes de construction peuvent aussi convenir. La paroi 6a du compartiment 6 qui enveloppe les aubes 18a et qui définit la forme de volute s'éloigne progressivement de la périphérie de la turbine depuis deux bords transversaux qui délimitent l'entrée du conduit de refoulement 14. Le bord transversal 20 le plus proche de la turbine est appelé de façon courante le bec de volute. Il présente une forme arrondie en inversion de concavité avec le reste de la volute. L'autre bord 22 est en fait l'endroit où la paroi du conduit 14 arrive en tangence avec la paroi 6a de la volute. Un plan passant par l'axe de rotation 8 de la turbine et tangent au bec de volute 20 est appelé plan méridien tangent. Ce plan est schématisé par sa trace 20b dans la figure 3. Usuellement le bec de volute 20 est orienté parallèlement à la direction axiale définie par l'axe de rotation de la turbine. Cependant pour certains modes de construction, le bec de volute 20 est incliné par rapport à l'axe de rotation 8 de la turbine. Dans ce cas le plan méridien moyen désignera le plan passant par l'axe de rotation 8 de la turbine et qui est tangent au bec de volute 20 dans sa zone médiane. Du côté opposé à l'arbre d'entraînement, la turbine 18 a une ouverture qui est orientée en direction de la bouche d'aspiration d'air. Les différents éléments du dispositif de ventilation sont réalisés en tout matériau approprié, et notamment ils sont réalisés en matière plastique par moulage. La rotation de la turbine à l'intérieur de la volute génère des jets d'air qui circulent dans chacun des canaux 9 définis par les aubes 18a. Selon une caractéristique de l'invention, on organise le refoulement des jets d'air par les deux turbines 17, 18 de façon à ce que l'interruption des jets par les becs de volute 19, 20 ne soient pas en phase d'une turbine à l'autre pour au moins la plus grande partie des aubes. Un premier mode de réalisation est schématisé dans la figure 4. Pour ce mode, les deux turbines 17, 18 ont le même nombre d'aubes qui sont réparties de façon régulière à leur périphérie respective. Ainsi, les aubes 17a, 18a sont disposées selon un pas angulaire qui est égal à 360 degrés divisé par le nombre d'aubes. Les deux turbines 17, 18 sont décalées angulairement l'une relativement à l'autre sur l'arbre d'entraînement du moteur de telle façon que les aubes 17a de l'une soient décalées par rapport aux aubes 18a de l'autre. Ainsi, chaque aube d'une des turbines se situe dans un plan respectif contenant l'axe de rotation 8, chaque plan comprenant une aube d'une turbine ne comprenant aucune aube de l'autre turbine. On a représenté dans la figure 4 et les figures suivantes en trait continu avec des références paires les éléments de la turbine 18 considérée comme étant au premier plan, et en traits pointillés avec des références impaires les éléments de la turbine 17 qui se trouve en arrière plan. La trace 18b d'un plan radial passant par le bord de fuite 18f d'une aube 18a forme avec la trace 17b d'un plan radial passant par le bord de fuite d'une aube 17a un angle inférieur à l'angle de pas de deux aubes adjacentes d'une même turbine. De préférence, le décalage angulaire des deux turbines est égal à la moitié de l'angle de pas angulaire des aubes. Cependant une valeur comprise entre un tiers et deux tiers de l'angle de pas angulaire convient également. Les deux becs de volute 19 et 20 sont ici dans le prolongement l'un de l'autre, c'est-à-dire alignés et ils ont le même plan méridien tangent. En d'autres termes, les deux becs de volute 19, 20 sont calés angulairement par rapport à l'axe de rotation 8. Ainsi, l'alignement du plan radial 18b des aubes 18a de la turbine 18 avec le plan méridien tangent du bec de volute 20 est décalé dans le temps de l'alignement du plan radial 17b des aubes 17a de la turbine 17 avec le plan méridien tangent 19b du bec de volute 19 pour l'ensemble des aubes. Autrement dit, le passage d'une aube d'une première turbine (17) devant son bec de volute respectif (19) est décalé temporellement par rapport au passage d'une aube d'une deuxième turbine (18) devant son bec de volute respectif (20). De cette façon, les jets d'air émis par une turbine sont interrompus par le bec de volute associé à des instants différents des jets de l'autre turbine. En conséquence, les nuisances sonores ne s'additionnent pas. Selon un deuxième mode de réalisation, les turbines 17, 18 ont des aubes 5 qui sont calées angulairement de la même façon relativement à l'arbre d'entraînement, c'est à dire que les plans 17b et 18b précédemment évoqués sont alignés deux à deux. Par contre, les becs de volute 23 et 24 ne sont pas alignés, ils sont décalés l'un relativement à l'autre par rapport à l'axe de rotation. Comme cela est représenté schématiquement dans le figure 5, un des 10 becs de volute, par exemple le bec 23 en arrière plan est disposé de telle façon que son plan méridien tangent 23b forme un angle avec le plan méridien 24b de l'autre turbine 24 qui est inférieur à l'angle de pas angulaire des aubes. Comme dans le cas précédent, de préférence le décalage angulaire est égal à la moitié de l'angle de pas des aubes, cependant un angle compris entre le tiers et les 15 deux tiers convient également. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, les turbines 27, 28 ont un nombre d'aubes différent, et de préférence un nombre d'aubes voisin, c'est à dire avec une différence inférieure à 15%. Comme précédemment les aubes 20 27a, 28a de chacune des turbines 27, 28 sont réparties de façon régulière à leur périphérie respective. De cette façon, les deux turbines 27, 28 ont sensiblement les mêmes performances aérauliques, et pour le plus grand nombre des aubes des deux turbines, il existe un décalage angulaire entre les plans radiaux. Ce décalage n'est pas constant sur la périphérie, il varie de 25 façon progressive entre une valeur nulle ou quasiment nulle jusqu'à une valeur proche de l'angle de pas angulaire des turbines. L'avantage de ce mode de réalisation est qu'il n'est pas nécessaire de caler angulairement les deux turbines l'une par rapport à l'autre. Ainsi la figure 6 représente de façon schématique une première turbine 27 30 avec des aubes 27a, et une seconde turbine 28 avec des aubes 28a. Les deux turbines ont un nombre d'aubes différent et de préférence voisin, par exemple quarante trois aubes pour l'une et quarante et une aubes pour l'autre. D'autres modes de construction conviennent également, par exemple quarante et une aubes pour une turbine et trente sept aubes pour l'autre. Les aubes sont réparties de façon régulière à la périphérie de chacune des turbines. Ainsi, comme on peut le voir dans la figure, les plans radiaux 27b et 28b sont décalés angulairement. L'angle formé par ces plans varie autour de l'axe de rotation, cependant cet angle présente une valeur comprise entre un angle nul ou voisin de zéro et l'angle de pas des aubes. Au cours de la rotation, l'alignement des plans radiaux de la turbine 27 avec le plan méridien tangent 29b du bec de volute 29 associé est décalé par rapport à l'alignement des plans radiaux de l'autre turbine avec le plan méridien 30b du bec de volute 30, pour la plus grande partie des aubes. Les fluctuations à l'intérieur des compartiments sont déphasées. Les différents modes de construction proposés sont simples à mettre en oeuvre et ne nécessitent pas une modification importante de la construction du dispositif de ventilation. La diminution de la nuisance sonore est significative. Pour un mode particulier de construction, on a mesuré une augmentation de la nuisance sonore de 6dB (A) lorsque les deux turbines ont des aubes alignées, par rapport à une simple turbine, et de 3dB (A) lorsque les aubes et/ou les becs de volutes sont aménagés conformément à ce qui a été décrit précédemment. Naturellement la présente description n'est donnée qu'à titre indicatif, et l'on pourrait adopter d'autres mises en oeuvre de l'invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. Notamment on pourrait combiner les différents modes de construction décrits.25 REVENDICATIONS1- Dispositif de ventilation comprenant deux turbines (17, 18, 27, 28) espacées l'une de l'autre, un organe commun (16) d'entraînement en rotation des turbines (17, 18, 27, 28) autour d'un axe de rotation (8), chacune des turbines (17, 18, 27, 28) ayant des aubes (17a, 18a, 27a, 28a) réparties autour de l'axe de rotation selon un pas angulaire d'espacement, un boîtier comportant deux compartiments (5, 6) en volute, chaque compartiment (5, 6) logeant une turbine (17, 18, 27, 28) et ayant un bec de volute (19, 20, 23, 24, 29, 30), les aubes (17a, 18a, 27a, 28a) de chacune des turbines (17, 18, 27, 28) étant continues d'une extrémité (18c) à l'autre (18d) de la turbine (17, 18, 27, 28) et le passage d'une aube d'une première turbine (17, 27) devant son bec de volute (19) respectif est décalé temporellement par rapport au passage d'une aube d'une deuxième turbine (18, 28) devant son bec de volute respectif (20), caractérisé en ce que les turbines (27, 28) ont chacune un nombre d'aubes différent. 2- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la différence des nombres d'aubes des deux turbines (27, 28) est inférieure à 15%. 3- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les turbines (27, 28) ont quarante trois aubes pour l'une et quarante et une aubes pour l'autre. 4- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les turbines ont quarante et une aubes pour l'une et trente sept aubes pour l'autre. 5- Installation de chauffage, climatisation ou ventilation de l'habitacle d'un véhicule automobile, dans laquelle un dispositif de ventilation selon l'une quelconque des revendications précédentes est compris.