Brevet FR3019632A1 — publié le 20151009

Equipement de refroidissement air-liquide à ventilateur La présente invention concerne un équipement de refroidissement comportant : - un ventilateur comportant une enveloppe et une hélice rotative dans l'enveloppe suivant l'axe de ladite enveloppe ; - un échangeur gaz-liquide disposé dans le prolongement de l'enveloppe, lequel échangeur délimite un réseau de conduites de circulation d'un liquide caloporteur, au travers duquel un gaz peut circuler sous l'effet du ventilateur. Il est connu d'assurer le refroidissement d'une turbine d'hélicoptère ou de sa boite de transmission par circulation d'un liquide caloporteur au travers de la turbine. Pour assurer le refroidissement du liquide caloporteur, celui-ci est mis en circulation au travers d'un échangeur air-liquide. Un flux d'air est imposé au travers de l'échangeur par un ventilateur mécanique entraîné par exemple par la turbine de l'hélicoptère ou la boite de transmission. Ce ventilateur comporte classiquement une entrée d'admission axiale en son centre, en amont de laquelle est placé l'échangeur. L'échangeur est généralement en forme de brique, c'est-à-dire parallélépipédique. Il comporte un ensemble de plaques d'échange au travers desquelles circule l'air de refroidissement. Chaque plaque est parcourue par un ensemble de conduites de circulation du liquide caloporteur. Un tel agencement est relativement encombrant. L'invention a pour but de proposer un équipement de refroidissement d'un encombrement plus réduit avec une masse plus faible pour une performance identique. A cet effet, l'invention a pour objet un équipement de refroidissement du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conduit de circulation du liquide caloporteur ménagé dans l'épaisseur de ladite enveloppe au-delà de l'échangeur, le ou chaque conduit prolongeant le réseau de conduites de circulation du liquide caloporteur dans l'échangeur. Suivant un mode particulier de réalisation, l'équipement de refroidissement comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - ledit au moins un conduit comporte un faisceau de conduits élémentaires s'étendant longitudinalement suivant la direction de l'axe de l'hélice du ventilateur ; - ledit au moins un conduit comporte au moins un conduit en forme de serpentin dessinant une hélice ayant pour axe, l'axe de l'hélice du ventilateur ; - ledit réseau de circulation du liquide caloporteur dans l'échangeur et le ou chaque conduit sont dimensionnés pour que la quantité de chaleur évacuée du liquide caloporteur lors de la circulation dans ledit au moins un conduit est comprise entre 1/20 et 1/3 de la quantité de chaleur totale évacuée du liquide caloporteur lors de sa circulation dans le réseau de conduites de l'échangeur ; - l'échangeur et une entrée du ventilateur à laquelle est connecté l'échangeur présentent des sections transversales au sens de circulation de l'air sensiblement identiques ; - l'échangeur et l'entrée du ventilateur ont des sections circulaires sensiblement identiques ; et - l'échangeur est de forme extérieure essentiellement cylindrique et est monté avec son axe disposé suivant l'axe de rotation du ventilateur. L'invention a également pour objet une installation comportant : - une source de chaleur traversée par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur ; et - un équipement selon l'une quelconque des revendications précédentes relié au circuit de la source de chaleur. Suivant un mode particulier de réalisation, l'installation comporte une ou plusieurs caractéristiques suivantes : - ladite installation comporte des moyens pour assurer une circulation du liquide caloporteur au travers dudit au moins un conduit ménagé dans l'enveloppe vers le réseau de conduites de l'échangeur ; et - la circulation du liquide caloporteur et du gaz dans l'échangeur sont en sens opposés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une installation comportant un équipement de refroidissement selon l'invention dans le cas où le ventilateur est centrifuge avec une volute de rejet de l'air ; et - la figure 2 est une vue en coupe schématique de l'installation de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue identique à celle de la figure 2 d'une variante de réalisation. L'installation de propulsion 10 illustrée sur la figure 1 est intégrée par exemple dans un hélicoptère. Elle comporte une source de chaleur 12 formée par exemple par une turbine d'hélicoptère ou la boite de transmission. Cette turbine est associée à un équipement 14 de refroidissement d'un liquide caloporteur circulant au travers de la turbine 12 pour son propre refroidissement. Ainsi, la turbine 12 comporte un circuit interne de circulation du fluide caloporteur dont une entrée 16 et une sortie 18 sont représentées sur les figures 1 et 2. Ces entrée 16 et sortie 18 sont reliées, par des conduites adaptées, respectivement à une sortie 20 et à une entrée 22 de l'équipement de refroidissement 14. Avantageusement, une pompe 24 de mise en circulation du liquide caloporteur est installée sur une conduite entre la turbine 12 et l'équipement de refroidissement 14. L'équipement de refroidissement 14 comporte principalement un ventilateur 30, un échangeur gaz-liquide 32 placé en entrée du ventilateur et un divergent 34 d'évacuation de l'air en sortie du ventilateur 30. Dans le mode de réalisation représenté, le ventilateur 30 est un ventilateur centrifuge (également axial ou mixte). Il comporte une enveloppe tubulaire 40 formant une volute comportant une entrée axiale 41 et s'ouvrant tangentiellement dans le divergent 34 par une sortie latérale 42 dans le cas où le ventilateur est centrifuge. L'enveloppe 40 délimite une ouverture axiale d'entrée 43 du ventilateur qui prolonge une virole 44 formant l'enveloppe de l'échangeur 32. En variante, le ventilateur est mixte ou axial. Dans les applications où le ventilateur est purement axial, l'air est aspiré à travers l'échangeur en son centre et rejeté en son centre en aval. L'air impacte donc la turbine 12 avant de se disperser. La virole 44 est dans ce cas remplacée par un corps cylindrique simple et le conduit d'évacuation 34 est alors supprimé. La virole 44 délimite une veine d'air généralement cylindrique s'étendant suivant l'axe X-X de l'échangeur. Une hélice de ventilateur 46 est disposée à l'intérieur de la veine d'air suivant l'axe X-X dans l'espace délimité par l'enveloppe tubulaire 40. Cette hélice 46 comporte des pales 48 mobiles en rotation autour de l'axe X-X. L'hélice est reliée pour son entraînement à un arbre 50 de la turbine 12. L'échangeur 32 présente une forme extérieure généralement cylindrique. Sa section est sensiblement identique à la section de l'entrée 43 du ventilateur telle que définie au travers de l'enveloppe 40 du ventilateur. Il est monté suivant l'axe X-X du ventilateur 30. L'échangeur 32 comporte, comme connu en soi, un réseau de conduites 52 porté par des plaques. Les plaques délimitent entre elles des passages de circulation pour l'air. Les conduites formant le réseau 52 sont reliées à une extrémité, à l'entrée 20, de l'échangeur par une couronne de collecte 54. Le réseau de conduites 52 se prolonge par un ensemble de conduits élémentaires 60 ménagés dans l'épaisseur de l'enveloppe 40 sur l'essentiel de la longueur axiale de celle-ci. Les conduits élémentaires 60 s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe X-X du ventilateur. En variante, les conduites forment un ou plusieurs serpentins disposés sous forme d'hélice dans la viole 44 de l'échangeur. Ils sont reliés à la sortie 22 par un collecteur 62 dans lequel les sorties des conduits élémentaires 60 débouchent hors de l'enveloppe 40. Ce collecteur 62 est relié à l'ensemble des conduits 60. Ces conduits élémentaires 60 forment ainsi un faisceau de conduites parallèles les unes aux autres disposées suivant la périphérie de l'enveloppe généralement cylindrique 40. En variante, les conduites 60 forment un faisceau d'hélices dans le cas d'une forme de serpentin. L'hélice 48 est conformée pour assurer une circulation d'air d'abord au travers de l'échangeur 32 puis au travers du ventilateur 30 et enfin au travers du divergent d'évacuation 34. De préférence, le liquide caloporteur circule au travers de l'équipement de refroidissement 14 en sens opposé au sens de circulation de l'air. Avantageusement, l'enveloppe 40 de l'échangeur est réalisée en métal. Les proportions entre le réseau de l'échangeur 32 et les conduites élémentaires 60 du ventilateur sont telles que la quantité de chaleur évacuée par le liquide caloporteur lors de la circulation dans les conduites élémentaires 60 est comprise entre 1/20 et 1/3 de la quantité de chaleur totale évacuée du liquide caloporteur lors de la circulation dans le réseau 52 de l'échangeur. Ainsi, par exemple, en fonctionnement, le liquide caloporteur entre dans les conduits élémentaires 60 à une température de 150°C et pénètre en sortie des conduits élémentaires 60 dans l'échangeur 32, à une température de 140°C. La température de sortie de l'échangeur du liquide caloporteur est par exemple égale à 110°C On comprend qu'avec un tel agencement, l'enveloppe 40, équipée des conduites 60 de circulation du liquide caloporteur prolongeant le réseau de l'échangeur 52, participe à l'évacuation de la chaleur. Ainsi, l'échangeur 32 peut être de dimensions inférieures. De même, l'échangeur 32 ayant une section sensiblement identique et de préférence égale à celle de la section intérieure de l'enveloppe tubulaire 40 du ventilateur, la circulation de l'air au travers de l'échangeur est optimale sur toute la section de celui-ci, permettant de réduire encore les dimensions de l'échangeur. Sur la figure 3 est représentée une installation équipée d'un ventilateur purement axial. Sur cette figure, les éléments identiques ou correspondants sont désignés par les mêmes numéros de référence que ceux des figures 1 et 2. Le ventilateur 30 a une entrée 141 et une sortie 142 disposées de part et d'autre de l'hélice 46 coaxialement suivant l'axe X-X du ventilateur et de l'échangeur. De préférence, la différence entre les sections internes du ventilateur et de l'échangeur est inférieure à 5%. Le réseau de conduites 52 de l'échangeur 32 s'étend complétement dans le prolongement de l'orifice de l'enveloppe 40 du ventilateur 30 prolongé par l'échangeur 32. La sortie 142 s'ouvre en regard de la turbine 12. Les sections de l'entrée 141 et de la sortie 142 sont identiques à la section interne de l'enveloppe 40 du ventilateur 30. Ainsi, l'enveloppe du ventilateur présente intérieurement une forme cylindrique de son entrée à sa sortie. Sa section est de préférence circulaire dans le plan perpendiculaire à l'axe X-X. En variante, elle est polygonale. La section interne de l'enveloppe 40 du ventilateur est en tout point de l'axe X-X sensiblement égale à la section interne de l'échangeur 32. Extérieurement, le ventilateur 40 et l'échangeur 32 sont de forme cylindrique et sont disposés coaxialement dans le prolongement l'un de l'autre. L'échangeur ou le ventilateur est disposé dans le prolongement de l'encombrement de l'autre du ventilateur et de l'échangeur. Avantageusement, la différence de section extérieure entre le ventilateur et l'échangeur est inférieure à 10% et la différence entre les diamètres extérieurs du ventilateur et de l'échangeur suivant toute section transversale passant par l'axe est inférieure à 5%. Dans ces conditions, l'encombrement de l'équipement est réduit, toute la section de l'échangeur étant utilisée pour assurer le refroidissement. REVENDICATIONS1.- Equipement (14) de refroidissement comportant : - un ventilateur (30) comportant une enveloppe (40) et une hélice (46) rotative dans l'enveloppe (40) suivant l'axe de ladite enveloppe (40) ; - un échangeur gaz-liquide (32) disposé dans le prolongement de l'enveloppe (40), lequel échangeur (32) délimite un réseau de conduites (52) de circulation d'un liquide caloporteur, au travers duquel un gaz peut circuler sous l'effet du ventilateur (30), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conduit (60) de circulation du liquide caloporteur ménagé dans l'épaisseur de ladite enveloppe (40) au-delà de l'échangeur (32), le ou chaque conduit (60) prolongeant le réseau de conduites (52) de circulation du liquide caloporteur dans l'échangeur. 2.- Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (60) comporte un faisceau de conduits élémentaires (60) s'étendant longitudinalement suivant la direction de l'axe (X-X) de l'hélice (46) du ventilateur (30) . 3.- Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (60) comporte au moins un conduit en forme de serpentin dessinant une hélice ayant pour axe, l'axe de l'hélice (46) du ventilateur (30). 4.- Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit réseau (52) de circulation du liquide caloporteur dans l'échangeur (32) et le ou chaque conduit (60) sont dimensionnés pour que la quantité de chaleur évacuée du liquide caloporteur lors de la circulation dans ledit au moins un conduit (60) est comprise entre 1461/20 et 1/3 de la quantité de chaleur totale évacuée du liquide caloporteur lors de sa circulation dans le réseau de conduites (52) de l'échangeur (32). 5.- Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur (32) et une entrée (43) du ventilateur (30) à laquelle est connecté l'échangeur (32) présentent des sections transversales au sens de circulation de l'air sensiblement identiques. 6.- Equipement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'échangeur (32) et l'entrée (43) du ventilateur ont des sections circulaires sensiblement identiques. 7.- Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur est de forme extérieure essentiellement cylindrique et est monté avec son axe disposé suivant l'axe de rotation du ventilateur (30). 8.- Installation (10) comportant :- une source de chaleur (12) traversée par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur et - un équipement (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes relié au circuit de la source de chaleur. 9.- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (24) pour assurer une circulation du liquide caloporteur au travers dudit au moins un conduit (60) ménagé dans l'enveloppe (40) vers le réseau de conduites (52) de l'échangeur (32). 10.- Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que la circulation du liquide caloporteur et du gaz dans l'échangeur (32) sont en sens opposés.