Brevet FR3073610A1 — publié le 20190517

SYSTEME DE VENTILATION POUR VEHICULE AUTOMOBILE L'invention a pour objet un système de ventilation pour véhicule automobile. L'invention se rapporte au domaine de l'automobile, et plus particulièrement au domaine de la circulation d'air pour le refroidissement du moteur et de ses équipements. Les véhicules à moteur, qu'ils soient à combustion ou électriques, ont besoin d'évacuer les calories que génère leur fonctionnement et sont pour cela équipés d'échangeurs de chaleur. Un échangeur de chaleur de 1 o véhicule automobile comprend généralement des tubes, dans lesquels un fluide caloporteur est destiné à circuler, notamment un liquide tel que l'eau, et des éléments d'échange de chaleur reliés à ces tubes, souvent désignés par le terme « ailettes ». Les ailettes permettent d'augmenter la surface d'échange entre les tubes et l'air ambiant. 15 Toutefois, afin d'augmenter encore l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et l'air ambiant, il est fréquent qu'un dispositif de ventilation soit utilisé en sus, pour générer ou accroitre un flux d'air dirigé vers les tubes et les ailettes. Un tel dispositif de ventilation comprend le plus souvent un ventilateur à 20 hélice, qui présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, l'ensemble formé par le ventilateur à hélice et son système de motorisation occupe un volume important. De plus, la distribution de l'air ventilé par l'hélice, souvent placée au centre de la rangée de tubes, n'est pas homogène sur l'ensemble de la 25 surface de l'échangeur de chaleur. En particulier, certaines régions de l'échangeur de chaleur, comme les extrémités des tubes caloporteurs et les coins de l'échangeur de chaleur, ne sont pas ou peu atteintes par le flux d'air éjecté par l'hélice. Par ailleurs, lorsque la mise en marche du dispositif de ventilation ne 2 s'avère pas nécessaire, notamment lorsque l'échange de chaleur avec l'air ambiant suffit à refroidir le fluide caloporteur, les pales de l'hélice et la buse obstruent ou « masquent » en partie l'écoulement de l'air ambiant vers les tubes et les ailettes. Ceci limite l'échange de chaleur entre l'air ambiant, 5 d'une part, et les tubes et les ailettes, d'autre part. Un but de l'invention est de fournir un système de ventilation pour échangeur de chaleur ne présentant pas au moins certains des inconvénients des systèmes de ventilation pour échangeur de chaleur connus. A cet effet, l'invention a pour objet un système de ventilation destiné à générer un flux d'air en direction d'un échangeur de chaleur de véhicule automobile, comprenant des tubes, chaque tube étant muni d'au moins une ouverture d'éjection d'un flux d'air distincte de ses extrémités, et un dispositif de refroidissement d'un fluide à refroidir. Ainsi, avantageusement, la pluralité de tubes desquels est éjecté de l'air permet de remplacer l'hélice conventionnelle disposée devant les tubes de circulation d'un fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur, sans en présenter les inconvénients évoqués ci-dessus. En effet, à capacités d'échange de chaleur égales, le volume occupé par un tel dispositif de ventilation est bien moindre qu'un dispositif de ventilation à hélice. En outre, la répartition de l'air ventilé par les tubes est plus facile à contrôler et peut être rendue plus homogène. En outre, grâce au système selon l'invention, on limite l'obstruction de l'écoulement de l'air vers l'échangeur de chaleur. En effet, les tubes du système de ventilation peuvent avantageusement être disposés en regard de zones de faible échange de chaleur de l'échangeur de chaleur, dites « zones mortes », telles que les faces frontales des tubes traversés par le fluide caloporteur, qui ne sont pas en contact avec des ailettes de refroidissement. Ceci n'est pas réalisable avec une hélice conventionnelle. Par ailleurs, l'invention permet de déporter les moyens d'éjection d'air 3 alimentant en flux d'air les tubes du dispositif de ventilation, à distance de la rangée de tubes de circulation de fluide caloporteur, ce qui offre davantage de libertés dans la conception de l'échangeur de chaleur. De plus, le système de ventilation selon la présente invention permet de 5 refroidir le liquide de refroidissement moteur (le fluide à refroidir étant dans ce cas le liquide de refroidissement moteur), soit à la place de l'échangeur de chaleur, soit en amont ou en aval de celui-ci. Ainsi, la charge thermique nécessaire de l'échangeur de chaleur peut être revue à la baisse. On peut alors réduire les dimensions de l'échangeur de chaleur, ce qui diminue io l'encombrement dans le compartiment moteur du véhicule, et réduit son poids donc la consommation du véhicule. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement comprend au moins un canal de refroidissement configuré pour contenir un fluide de refroidissement. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit au moins un canal de refroidissement présente une section oblongue ou circulaire ou ovale. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit au moins un canal de refroidissement est disposé dans une paroi de l'un des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit au moins un canal de 20 refroidissement est une lumière usinée dans la paroi de l'un des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit au moins un canal de refroidissement est disposé en contact avec une surface interne de l'un des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit au moins un canal de 25 refroidissement est usiné sur la surface interne de l'un des tube ou rapporté sur celle-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système comprend une pluralité de canaux de refroidissement, deux canaux au moins étant identiques et/ou deux canaux au moins étant différents. 4 Selon une autre caractéristique de l'invention, le système comprend une pluralité de canaux de refroidissement configurés de sorte qu'une section de passage totale de la pluralité des canaux est comprise entre 100 mm2 et 500 mm2, et de préférence entre 200 mm2 et 300 mm2, et une surface 5 d'échange comprise entre 0,2 m2 et 0,8 m2, de préférence entre 0,4 m2 et 0,6 m2. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque tube présente une section comprenant un bord d'attaque, un bord de fuite, opposé au bord d'attaque, un premier et un deuxième profils, s'étendant chacun entre le 1 o bord d'attaque et le bord de fuite, ladite au moins une ouverture du tube étant sur l'un des premier et deuxième profils, ladite au moins une ouverture étant configurée de sorte qu'un flux d'air sortant de l'ouverture s'écoule le long d'au moins une portion dudit un des premier et deuxième profils. Selon une autre caractéristique de l'invention, deux tubes adjacents sont 15 disposés en regard l'un de l'autre de sorte que les ouvertures sont pratiquées dans les profils se faisant face. L'invention a également pour objet un module d'échange de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un système de ventilation tel que décrit précédemment, et un échangeur de chaleur, le système de ventilation et 20 l'échangeur de chaleur étant positionnés l'un relativement à l'autre de sorte qu'un flux d'air mis en mouvement par le système de ventilation alimente en air l'échangeur de chaleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend au moins un conduit d'échanges thermiques contenant un liquide 25 d'échanges thermiques, le fluide de refroidissement du au moins un canal de refroidissement du dispositif de refroidissement du système de refroidissement étant le liquide d'échanges thermiques, de sorte que le système de ventilation et l'échangeur de chaleur sont en liaison fluidique l'un avec l'autre. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 5 lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue de face d'un module d'échange de chaleur équipé d'un système de ventilation selon la présente 5 invention ; - la figure 2 illustre une vue en coupe transversale de deux tubes adjacents du système de ventilation de la figure 1 ; - la figure 3 illustre une vue en coupe d'un tube du système de ventilation de la figure 1 selon un premier mode de réalisation ; 10 - la figure 4 illustre une vue en coupe d'un tube du système de ventilation de la figure 1 selon un deuxième mode de réalisation ; et - la figure 5 illustre une vue en coupe d'un tube du système de ventilation de la figure 1 selon un troisième mode de réalisation. Module d'échange de chaleur 15 L'invention a pour objet un système de ventilation 1 pour véhicule automobile. L'invention a également pour objet un module d'échange de chaleur 100, comprenant le système de ventilation 1 et un échangeur de chaleur 101. Comme visible sur la figure 1, le système de ventilation 1 et l'échangeur 20 de chaleur 101 sont positionnés l'un relativement à l'autre de sorte qu'un flux d'air mis en mouvement par le système de ventilation 1 alimente en air l'échangeur de chaleur, de préférence pour refroidir le moteur du véhicule automobile. Système de ventilation 25 Comme visible sur la figure 1, le système de ventilation 1 comprend une pluralité de tubes 3. Les tubes 3 sont sensiblement rectilignes, parallèles entre eux et alignés 6 de manière à former une rangée de tubes. Le système de ventilation 1 comprend également un dispositif d'alimentation en air d'un flux d'air F. Ce dispositif alimente les tubes de ventilation 3 via un circuit 5 d'alimentation en air 4. Le circuit d'alimentation en air 4 comporte notamment deux collecteurs d'admission d'air 5 auxquels sont reliés les tubes de ventilation 3 par l'intermédiaire d'entrées d'alimentation en air situées à chacune de leurs extrémités 6, 7. 10 Avantageusement, le circuit d'alimentation comprend également une ou plusieurs turbomachines (non illustrées), par exemple une turbomachine disposée en pied de chaque collecteur, pour éjecter l'air à travers les collecteurs d'admission 5, jusque dans les tubes de ventilation 3. Comme plus particulièrement visible sur la figure 2, chaque tube de 15 ventilation 3 comprend une ouverture 10 distincte des extrémités 6, 7, pour éjecter l'air hors du tube 3. De préférence, les ouvertures 10 sont destinées à être disposées en regard de l'échangeur de chaleur. Comme visible sur la figure 2, chaque tube 3 présente une section 20 transversale comprenant un bord d'attaque 11 libre, un bord de fuite 15 et un premier et un deuxième profils 12, 14, s'étendant chacun entre le bord d'attaque 11 et le bord de fuite 15. Le bord de fuite 15 est de préférence disposé en regard de l'échangeur de chaleur. 25 Chaque ouverture 10 est pratiquée dans une paroi longitudinale 22 du tube 3, de préférence dans l'un ou l'autre des profils 12, 14. La paroi longitudinale est délimitée par une surface externe 16 et une surface interne 18. 7 Sur la figure 2, chaque ouverture 10 est positionnée à proximité du bord d'attaque 11. Comme également visible sur la figure 2, les ouvertures 10 de la paire de tubes 3 illustrées sont pratiquées dans les profils 12 se faisant face. 5 Ainsi, les tubes de ventilation 3 et leurs ouvertures 10 sont configurés de sorte que le flux d'air F circulant dans les tubes de ventilation 3 soit éjecté par l'ouverture 10 en s'écoulant le long de chaque profil 12, sensiblement jusqu'à leurs bords de fuite 52, par effet Coanda. Le flux d'air F éjecté des tubes 3 permet d'accélérer un autre flux F' dans 1 o un sens d'écoulement vers l'échangeur de chaleur. On note que les sections transversales des tubes 3 sont telles que les profils 12 s'étendent dans un sens d'éloignement des tubes 3 depuis les bords d'attaque 11 jusqu'aux bords de fuite 15. Dispositif de refroidissement 15 Comme visible sur les figures, le système de ventilation 1 comprend un dispositif de refroidissement 20. Le dispositif de refroidissement 20 comprend au moins un élément de refroidissement 21. Sur les modes de réalisation illustrés, le dispositif de refroidissement 20 20 comprend une pluralité d'éléments de refroidissement 21. Les éléments de refroidissement sont avantageusement des canaux de refroidissement configurés pour contenir un liquide de refroidissement. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 3, les canaux de refroidissement sont disposés dans la paroi 22 du tube 3. 25 Avantageusement, les canaux 21 sont parallèles les uns aux autres, et parallèles à une direction longitudinale L du tube 3. De préférence, les canaux 21 sont des lumières usinées dans la paroi 8 des tubes 3. Sur la figure 3, le tube 3 comprend seize canaux de refroidissement 21. De préférence, chaque canal de refroidissement 21 présente une section de 1 mm de diamètre. 5 Cette valeur de diamètre permet de faire circuler le liquide de refroidissement tout en évitant de réduire la section de passage du flux d'air F dans le tube 3. Avantageusement, le système de ventilation 1 comprend vingt tubes 3, ce qui permet d'atteindre une section de passage totale de l'ordre de 250 10 mm2, et une surface d'échange d'environ 0.5 m2. Cette section de passage totale correspond à environ 1/3 d'une section de passage totale d'un radiateur classique. Cette surface d'échange correspond à environ 75 % d'un radiateur classique. 15 L'écart entre la section de passage et la surface d'échange vient de la géométrie des canaux. En effet, les petits conduits cylindriques présentent l'avantage d'une grande surface par rapport au volume comparé à des tubes de radiateur. Avantageusement, pour chaque système de ventilation 1, le nombre et le 20 diamètre des canaux peut varier suivant les besoins en refroidissement. Le fluide à refroidir est de préférence le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur de véhicule. Selon une variante, le fluide à refroidir est le flux d'air F. Dans ce cas, selon ce premier mode de réalisation, le flux d'air F est refroidi 25 lors de sa circulation dans le tube 3 avant son éjection par l'ouverture 3. Ainsi, chaque tube 3 assure une pré-thermalisation du flux d'air à destination de l'échangeur de chaleur 101, ce qui avantageusement permet 9 de réduire la taille de l'échangeur de chaleur. Les canaux de refroidissement 21 étant intégrés dans la paroi du tube, ils ne perturbent pas l'écoulement du flux d'air F dans le tube 3. Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 4, les canaux 5 de refroidissement 21 sont disposés au contact de la surface interne 18 de la paroi longitudinale du tube 3. De préférence, chaque canal 21 s'étend le long de la surface interne 18. Avantageusement, les canaux 21 sont parallèles les uns aux autres. Selon ce mode de réalisation, le fluide à refroidir est avantageusement le io liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur du véhicule. Selon une variante, le fluide à refroidir est le flux d'air F. Dans ce cas, selon ce mode de réalisation, le liquide de refroidissement contenu dans les canaux 21 échange directement avec l'air. 15 Chaque tube 3 assure une pré-thermalisation du flux d'air à destination de l'échangeur de chaleur 101, ce qui avantageusement permet de réduire la taille de l'échangeur de chaleur. Les canaux 21 peuvent être usinés dans la matière ou bien ajoutés a posteriori. 20 Sur les figures 3 et 4, les canaux de refroidissement 21 sont de section circulaire, et identiques les uns aux autres. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à ces configurations. Comme illustré sur la figure 5, au moins certains canaux 21 peuvent présenter une section oblongue ou ovale, ou toute autre forme qui s'inscrit 25 dans l'épaisseur du tube ou sur la paroi de celui-ci. La géométrie des canaux 21 (qu'ils soient positionnés dans la paroi ou contre la surface interne 18) peut être adaptée à la forme du tube 3 et il est 10 tout à fait envisageable d'avoir des canaux de toute autre forme du moment qu'elle assure une bonne tenue mécanique du tube et une performance de refroidissement maximale. De même, selon la tenue mécanique et la puissance de refroidissement 5 souhaitées, on choisit de répartir uniformément les canaux 21 ou au contraire de varier leur espacement. Sur le mode de réalisation de la figure 5 par exemple, seul le profil 14 est muni de canaux 21, le profil 12 en étant dépourvu. Comme indiqué précédemment, le fluide de refroidissement circulant io dans les canaux 21 est avantageusement le liquide de refroidissement moteur. De préférence, dans ce cas, le module 100 est configuré pour relier fluidiquement le système 1 et l'échangeur de chaleur 101. Le système selon l'invention, permet, en plus ou en remplacement du 15 radiateur classique, de profiter des tubes de la grille soufflante pour évacuer des calories du liquide de refroidissement. Ainsi, les canaux de liquide de refroidissement logés dans les tubes soufflants permettent d'améliorer le refroidissement général du moteur, notamment quand de l'air est soufflé dans les tubes. 20 L'invention a été illustrée selon divers modes de réalisation, qui, comme déjà indiqués, ne sont pas limitatif. En particulier, les tubes ne sont pas nécessairement profilés pour permettre un effet coanda. De plus, on peut prévoir de combiner plusieurs types de canaux 21, sur 25 plusieurs tubes ou sur un même tube. De même, chaque tube 3 est équipé d'un ou plusieurs canaux 21, ou, au contraire, seulement certains des tubes 3 sont équipés d'élément(s) de chauffage. 11 De manière analogue, toute la surface de la paroi du tube est munie de canaux 21, ou, au contraire, la paroi ne comprend des canaux 21 que sur une partie de sa longueur, REVENDICATIONS1. Système de ventilation destiné à générer un flux d'air en direction d'un échangeur de chaleur (101) de véhicule automobile, comprenant : - des tubes (3), chaque tube (3) étant muni d'au moins une ouverture d'éjection (10) d'un flux d'air (F) distincte de ses extrémités (6, 7), et - un dispositif de refroidissement (20) d'un fluide à refroidir. 2. Système de ventilation selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de refroidissement (20) comprend au moins un canal de io refroidissement (21) configuré pour contenir un fluide de refroidissement. 3. Système de ventilation selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un canal de refroidissement (21) présente une section oblongue, circulaire, ou ovale. 4. Système de ventilation selon la revendication précédente, dans lequel 15 ledit au moins un canal de refroidissement (21) est disposé dans une paroi de l'un des tubes (3). 5. Système de ventilation selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un canal de refroidissement (21) est une lumière usinée dans la paroi de l'un des tubes (3). 20 6. Système de ventilation selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel ledit au moins un canal de refroidissement (21) est disposé en contact avec une surface interne (17) de l'un des tubes (3). 7. Système de ventilation selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un canal de refroidissement (21) est usiné sur la surface 25 interne (18) de l'un des tubes (3) ou rapporté sur celle-ci. 8. Système de ventilation selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de canaux de refroidissement (21) configurés de 13 sorte qu'une section de passage totale de la pluralité des canaux (21) est comprise entre 100 mm2 et 500 mm2, et de préférence entre 200 mm2 et 300 mm2, et une surface d'échange comprise entre 0,2 m2 et 0,8 m2, de préférence entre 0,4 m2 et 0,6 m2. 5 9. Module d'échange de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un système de ventilation selon l'une des revendications précédentes, et un échangeur de chaleur, le système de ventilation et l'échangeur de chaleur étant positionnés l'un relativement à l'autre de sorte qu'un flux d'air mis en mouvement par le système de ventilation alimente en air l'échangeur de 1 o chaleur. 10. Module d'échange selon la revendication précédente, comprenant un système de ventilation selon l'une des revendications 2 à 8, l'échangeur de chaleur comprenant au moins un conduit d'échanges thermiques contenant un liquide d'échanges thermiques, le fluide de refroidissement du au moins 15 un canal de refroidissement (21) du dispositif de refroidissement du système de refroidissement étant le liquide d'échanges thermiques, de sorte que le système de ventilation et l'échangeur de chaleur sont en liaison fluidique l'un avec l'autre.