Brevet FR3081922A1 — publié le 20191206

DISPOSITIF DE VENTILATION POUR VEHICULE AUTOMOBILE L'invention a pour objet un dispositif 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 » ou « intercalaires ». 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 dispositif 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. 2 Par ailleurs, lorsque la mise en marche du dispositif de ventilation ne 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 obstruent ou « masquent » en partie l'écoulement de l'air ambiant vers les tubes et les 5 ailettes. Ceci limite l'échange de chaleur entre l'air ambiant, d'une part, et les tubes et les ailettes, d'autre part. De surcroît, dans ce cas, les frictions du moteur sont moins vite réduites, ce qui augmente la consommation du véhicule et donc l'émission de dioxyde de carbone. 1 o Un but de l'invention est de fournir un dispositif de ventilation pour échangeur de chaleur ne présentant pas au moins certains des inconvénients des dispositifs de ventilation pour échangeur de chaleur connus. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de ventilation destiné à 15 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, l'ensemble des tubes délimitant une grille dite de soufflage, et un système de nébulisation configuré de sorte à générer un brouillard de gouttelettes dans 20 ledit flux d'air. 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. 25 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 dispositif selon l'invention, on limite l'obstruction de 3 l'écoulement de l'air vers l'échangeur de chaleur. En effet, les tubes du dispositif 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 5 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 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 1 o de libertés dans la conception de l'échangeur de chaleur. De plus, le système de nébulisation du dispositif permet d'améliorer la performance énergétique de l'échangeur de chaleur auquel il est associé, notamment en préparant l'air soufflé sur l'échangeur de chaleur à une température optimale. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, le système de nébulisation comprend au moins un réservoir de fluide liquide et au moins un élément piézoélectrique configuré pour émettre des ondes acoustiques à travers ledit réservoir. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une 20 membrane perforée associée à l'élément piézoélectrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une buse de nébulisation associée à un élément piézoélectrique configuré pour émettre des ondes acoustiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend au 25 moins un collecteur de distribution d'air aux tubes, ledit collecteur comprenant un orifice de passage du brouillard généré par le système de nébulisation. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une turbomachine de mise en mouvement du brouillard. 4 Selon une autre caractéristique de l'invention, le réservoir est accolé contre le collecteur et/ou contre un logement de la turbomachine du dispositif de ventilation. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque tube présente une 5 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 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 io long d'au moins une portion dudit un des premier et deuxième profils. L'invention a également pour objet un module d'échange de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de ventilation tel que décrit précédemment, et un échangeur de chaleur, le dispositif de ventilation et l'échangeur de chaleur étant positionnés l'un relativement à l'autre de sorte 15 qu'un flux d'air mis en mouvement par le dispositif de ventilation alimente en air l'échangeur de chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 20 - la figure 1 illustre une vue en perspective éclatée d'un module d'échanges de chaleur équipé d'un dispositif de ventilation, un système de nébulisation ayant été omis ; - la figure 2 illustre une vue en coupe transversale de deux tubes de la figure 1 ; 25 - la figure 3 illustre une vue en perspective du dispositif de ventilation de la figure 1 équipé d'un système de nébulisation selon un premier mode de réalisation ; - les figures 4 et 5 illustrent des vues respectivement en coupe longitudinale et en perspective d'un détail de la figure 3 ; 5 - la figure 6 illustre une vue en perspective d'un dispositif de ventilation selon un autre mode de réalisation ; - la figure 7 illustre une vue en perspective d'un dispositif de ventilation selon un autre mode de réalisation ; 5 - la figure 8 illustre le réservoir de la figure 6 ; et - la figure 9 illustre un système de nébulisation selon une variante de réalisation. Module d'échange de chaleur L'invention a pour objet un dispositif de ventilation 1 pour véhicule io automobile. L'invention a également pour objet un module d'échange de chaleur 100, comprenant le dispositif de ventilation 1 et un échangeur de chaleur 101. Comme visible sur la figure 1, le dispositif de ventilation 1 et l'échangeur de chaleur 101 sont positionnés l'un relativement à l'autre de sorte qu'un 15 flux d'air mis en mouvement par le dispositif de ventilation 1 alimente en air l'échangeur de chaleur, de préférence pour refroidir le moteur du véhicule automobile. Le dispositif de ventilation 1 est disposé en amont de l'échangeur de chaleur 101 sur la figure 1 (relativement à un flux d'air provenant de 20 l'extérieur du véhicule en mouvement). Néanmoins, le dispositif de ventilation peut également être disposé en aval de l'échangeur de chaleur 101. Dispositif de ventilation Comme visible sur les figures, le dispositif de ventilation 1 comprend une 25 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 dispositif 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 5-1, 5-2 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. Avantageusement, le circuit d'alimentation comprend également une ou plusieurs turbomachines 26 pour éjecter l'air à travers les collecteurs d'admission 5-1, 5-2, jusque dans les tubes de ventilation 3. Sur la figure 3, une turbomachine 26 est disposée en pied du dispositif de ventilation 1 dans un logement 27. Les deux collecteurs 5-1, 5-2 sont joints au niveau de la turbomachine 26 de sorte que les deux collecteurs décrivent une forme de U. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cette configuration courbée des collecteurs 5-1, 5-2. Il est tout à fait possible par exemple que chaque collecteur 5-1, 5-2 soit rectiligne, et qu'une turbomachine respective 26 soit dédiée à chaque collecteur, en étant disposée en pied du collecteur 5-1, 5-2 associé, comme visible sur les figures 6 et 7. Comme plus particulièrement visible sur la figure 2, chaque tube de 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. 7 Comme visible sur la figure 2, chaque tube 3 comprend une paroi longitudinale 50 dont une section 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. 5 Le bord de fuite 15 est de préférence disposé en regard de l'échangeur de chaleur. La paroi longitudinale 19 est délimitée par une surface interne 16 et une surface externe 18. Chaque ouverture 10 est pratiquée dans la paroi longitudinale 19 du tube 10 3, de préférence dans l'un ou l'autre des profils 12, 14. 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 illustrée sont pratiquées dans les profils 12 se faisant face. 15 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 20 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. Système de nébulisation 25 Comme visible sur les figures 3 à 9, le dispositif de ventilation 1 comprend un système de nébulisation 20. Le système 20 génère un brouillard B de gouttelettes dans le flux d'air F 8 à destination des tubes 3. Le brouillard permet une thermalisation efficace de l'air F qui souffle sur toute la surface de l'échangeur de chaleur 101, ce qui améliore l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur. 5 Notamment, selon la différence d'humidité entre l'air et les gouttelettes, l'air fait évaporer les gouttelettes, ce qui assure son refroidissement (il y a évaporation jusqu'à ce que l'humidité relative de l'air soit de 100 °/0). Le système 20 comprend un réservoir de fluide liquide, de préférence d'eau, référencé 21. io Sur les figures 4 à 7, le réservoir 21 est installé contre le logement 27 de la turbomachine 26 et le collecteur 5-1, ce qui permet de limiter l'encombrement du système de nébulisation 20. Comme il ressort de ces figures, le réservoir 21 présente une forme adoptant les formes locales du logement 27 et du collecteur, ce qui réduit 15 encore l'encombrement du système 20. Sur les figures 3 à 5, le réservoir est disposé dans la courbure du collecteur 5-1. Sur la figure 7, le réservoir présente une section sensiblement annulaire et fait le tour du logement 27, afin de s'inscrire dans 20 l'encombrement maximal du collecteur 5-1. Comme il ressort également des figures 3 et 4, le réservoir 21 est percé d'un orifice 22 de passage du brouillard B. De même, le collecteur 5-1 est percé d'un orifice 8 de passage du brouillard B dans le collecteur 5-1, où le brouillard est entrainé dans les 25 tubes 3 puis éjecté par les orifices 10 vers l'échangeur de chaleur. Le réservoir 21 comprend un circuit 23 d'entrainement du brouillard B. Comme illustré sur la figure 4, le circuit d'entrainement 24 comprend un 9 orifice 25 du logement 27, un orifice 28 du réservoir 21 en regard de l'orifice du logement 27, et l'orifice 22. Les orifices du logement et du réservoir permettent un piquage d'une partie du flux d'air F mis en mouvement par la turbomachine pénètre dans 5 le réservoir 21, ce qui permet l'entrainement du brouillard B hors du réservoir 21 dans le collecteur 5-1. Sur la variante de la figure 8, le réservoir 21 comprend une turbomachine 26' dédiée à l'entrainement du brouillard B hors du réservoir 21 dans le collecteur 5-1. 1 o Selon cette variante, aucun piquage n'est nécessaire au niveau du réservoir. Le réservoir est par ailleurs identique à celui de la première variante. Elément piézoélectrique Comme il ressort des figures, le système de nébulisation 20 comprend 15 également un au moins un élément piézoélectrique 30 configuré pour émettre des ondes acoustiques à travers ledit réservoir. Par exemple, le dispositif 1 comprend jusqu'à vingt éléments piézoélectriques, répartis en un ou plusieurs réservoirs 21, en fonction du débit d'eau fourni par chacun, le débit total d'eau étant généralement 20 compris entre 1 et 5 ml/s. De préférence, la fréquence de vibration de l'élément piézoélectrique est comprise entre 1 et 3 MHz, ce qui donne des gouttelettes de diamètre moyen 5 à 20 pm. Ces gouttelettes, de petites dimensions, sont facilement évaporées par le 25 flux d'air. Selon une autre variante, la fréquence de vibration de l'élément piézoélectrique est comprise entre 20 et 100 kHz, ce qui génère des 10 gouttelettes de diamètre de l'ordre de 100 pm. Selon un mode de réalisation illustré à la figure, le système de nébulisation comprend une buse 40 dont une extrémité est une membrane perforée 41. 5 L'eau est extrudée à travers la membrane perforée pour former les gouttelettes du brouillard B. La taille des gouttes dépend de la taille des orifices de la grille. Le débit ne dépend quant à lui que de la fréquence de vibration de l'élément piézoélectrique. La buse 40 forme un concentrateur des ondes vibratoires émises par io l'élément piézoélectrique. Comme visible sur la figure 9, le système de nébulisation 20 comprend également un circuit hydraulique 42 pour acheminer de l'eau dans la buse 40. Le circuit hydraulique 42 comprend une pompe 43 de mise en 15 mouvement de l'eau entre le réservoir 20 et la buse 41. Avantages Comme il ressort déjà de la description, les configurations selon la présente invention permettent de refroidir efficacement l'air destiné à refroidir l'échangeur de chaleur. 20 Dans le cas où toutes les gouttelettes ne sont pas évaporées, elles vont se coller à la paroi des échangeurs. Ceci va accroitre la performance de l'échangeur, en puisant l'énergie du fluide caloporteur par évaporation du film d'eau. Enfin, dans le cas où plusieurs échangeurs sont placés en série dans le module de refroidissement, les bénéfices de la brumisation se 25 retrouvent pour chaque échangeur (notamment REVENDICATIONS1. Dispositif de ventilation destiné à générer un flux d'air en direction d'un échangeur de chaleur (1) de véhicule automobile, le dispositif de ventilation comprenant : - des tubes (3), chaque tube étant muni d'au moins une ouverture d'éjection (10) d'un flux d'air (F) distincte de ses extrémités (6, 7), l'ensemble des tubes délimitant une grille dite de soufflage, et - un système de nébulisation configuré de sorte à générer un brouillard io de gouttelettes dans ledit flux d'air (F). 2. Dispositif de ventilation selon la revendication précédente, dans lequel le système de nébulisation (20) comprend au moins un réservoir (21) de fluide liquide et au moins un élément piézoélectrique (30) configuré pour émettre des ondes acoustiques à travers ledit réservoir (21). 15 3. Dispositif de ventilation selon la revendication précédente, comprenant une membrane perforée (41) associée à l'élément piézoélectrique (30). 4. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, comprenant une buse de nébulisation (40) associée à un élément piézoélectrique (30) configuré pour émettre des ondes acoustiques. 20 5. Dispositif de ventilation selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un collecteur (5-1, 5-2) de distribution d'air aux tubes (3), ledit collecteur comprenant un orifice (8) de passage du brouillard généré par le système de nébulisation (20). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant une 25 turbomachine (26) de mise en mouvement du brouillard. 7. Dispositif de ventilation selon la revendication précédente, dans lequel le réservoir (21) est accolé contre le collecteur (5-1, 5-2) et/ou un logement 12 (27) de la turbomachine (26) du dispositif de ventilation (1). 8. Dispositif de ventilation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque tube (3) présente une section comprenant : - un bord d'attaque (11), 5 - un bord de fuite (15), opposé au bord d'attaque (11), - un premier et un deuxième profils (12, 14), s'étendant chacun entre le bord d'attaque (11) et le bord de fuite (15), ladite au moins une ouverture (10) du tube (3) étant sur l'un des premier et deuxième profils (12, 14), ladite au moins une ouverture (10) io étant configurée de sorte qu'un flux d'air sortant de l'ouverture (10) s'écoule le long d'au moins une portion dudit un des premier et deuxième profils (12, 14). 9. Module d'échange de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de ventilation selon l'une des revendications précédentes, et un 15 échangeur de chaleur, le dispositif 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 dispositif de ventilation alimente en air l'échangeur de chaleur.