Brevet FR3108389A1 — publié le 20210924

Ventilateur réversible silencieux à haut rendement La présente invention concerne les ventilateurs centrifuges devant être capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe et sortant par la périphérie quel que soit le sens de rotation du dit ventilateur. Applications d’un tel ventilateur : Domaine de la traction ferroviaire : métros, transports express régional, Intercités, trains à grande vitesse, trolley bus, trams, véhicules électriques Dans le domaine destiné aux transports, maritime ou analogue. Dans les mécanismes industriels. Ce ventilateur dispose de pales placées radialement par rapport à l’axe de rotation (18), lesdites pales ayant une silhouette en « sygne » à ailes déployées (Figure 2) Ventilateur réversible silencieux à haut rendement La présente invention concerne les ventilateurs centrifuges devant être capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe et sortant par la périphérie quel que soit le sens de rotation du dit ventilateur. Applications d’un tel ventilateur : domaine de la traction ferroviaire : métros, transports express régional, Intercités, trains à grande vitesse, trolley bus, trams, véhicules électriques Dans le domaine destiné aux transports, maritime ou analogue. Dans les mécanismes industriels. Etat de l’art : Il est connu de l’homme de l’art qu’il est possible de réaliser des ventilateurs centrifuges capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe et sortant par la périphérie quel que soit le sens de rotation du dit ventilateur. Ces ventilateurs comportent des pales disposées radialement dans la roue du ventilateur ce qui leur permet de fonctionner de façon analogue quelque soit le sens de rotation de la roue. Les ventilateurs à pales radiales ont un rendement déplorable qui se traduit par un bruit généré considérable Les ventilateurs à pales radiales ont un régime d’écoulement de fluide tel que décrit en figure 1 Pour une vitesse de rotation selon (13) ; Entre deux pales radiales (4-5 et 4’’’-5’’’) on capte un flux compris entre les bords d’attaque (4 et 4’’’). Le flux arrivant sur le bord d’attaque (4’’’) « coté au vent », reste collé à la pale (4’’’-5’’’) ; par contre le flux qui dépasse le bord d’attaque (4) décrit la trajectoire frontière (2) et est complétement décollé de la pale (4-5), « coté sous le vent ». Le flux utile capté est donc compris dans la zone (7) comprise entre la pale (4’’’-5’’’) et la frontière (2) La zone décrochée (6) comprise entre la pale (4-5) et la frontière (2) est parcourue par un puissant tourbillon qui s’échappe du ventilateur générant du bruit et provoquant une chute de rendement. En effet un tourbillon « lâché » consomme de l’énergie pour son entretien et émet du bruit. Description de l’invention : La figure 2 présente un agencement préférentiel typique selon l’invention. Les pales, disposées radialement, ont une forme optimisée afin d’empêcher l’échappement de tourbillons incontrôlés du type (6) tel que décrit pour la roue classique de la figure 1. La roue de diamètre extérieur (17), tourne dans le sens (13) Si l’on considère le flux capté (12-12’) entre deux pales consécutives, on constate que l’on a prélevé une section de flux (11). Le dessin des pales est tel que les bords de fuite sont disposés à une distance telle, l’un de l’autre, que la section de passage d’échappement (7) entre deux pales consécutives est préférentiellement égale ou sensiblement similaire à la section de captation (11). L’écoulement « coté au vent de la pale » est collé sur celle-ci, alors que le « coté sous le vent » est décroché. Mais la zone décrochée étant obstruée par la partie arrière de la palle, une bulle de recirculation (9) stable s’installe. il n’y a donc pas d’émission de tourbillons ni de bruit lié à cette zone. Au-delà du périmètre extérieur des pales, le flux émis au travers de la section (7) est bordé par les lignes de courant (14 et 14’). De façon à rendre le dessin lisible, nous avons volontairement exagéré la trajectoire de sortie du flux. On observe que les lignes de courant (14) et (14’’’) se rejoignent en (18) et s’appuient l’une sur l’autre. Si bien que les deux tourbillons contrarotatifs (10 et 10’) enfermés entre lesdites lignes de courant (14) et (14’’’) sont prisonniers, dans la mesure ou le plateau, portant les pales, se termine en (17) bien au-delà de la jonction (18) entre les lignes de courant (14) et (14’’’). La Figure 3 montre les zones caractéristiques d’une pale suivant l’invention, on note qu’elle ressemble à un « sygne » aile déployées. En (4) se trouve le bord d’attaque. En (16 et 16’) se trouve le col de la pale. En (5 et 5’) se trouvent les bords de fuite de la pale. (15 et 15’) sont préférentiellement deux formes concaves (dites cusp) qui permettent de stabiliser les tourbillons de type (10 et 10’). Entre les cusps se trouve un bord d’attaque arrondi (6) convexe destiné à séparer les deux tourbillons (10 et 10’) sans turbulence. Principe de l’invention : On peut donc conclure de l’invention qu’il s’agit de réaliser une roue ayant une symétrie de fonctionnement dans les deux sens de rotation (13) ou (-13) autour d’un axe de rotation (18) Ladite roue est dimensionnée de telle sorte que le débit capté au travers de l’ouïe (21) est dévié préférentiellement par la forme (19) dite en « chapeau chinois » de façon à acquérir une vitesse radiale entre le chapeau chinois (19) et la virole tournante (20). La limite du chapeau chinois étant (17), celle de la virole étant (17’) Ladite roue est dimensionnée de telle sorte que la vitesse débitante, d’un fluide, au travers de l’ouïe soit sensiblement la vitesse débitante qui sort radialement par les sections de passage de type (7), entre les bords de fuite des pales. La roue optimale, sensiblement ne ralenti ni n’accélère donc pas le flux relatif a celle-ci. (repère tournant d’axe (18)). Par contre par rapport à un repère fixe, la roue communique au fluide une vitesse de rotation qui est fonction a la vitesse de rotation de ladite roue. Brève description des figures vue générale d’une roue classique vue générale d’une roue selon l’invention vue des pales en forme de « sygne » à aile déployées vue de principe, en perspective, d’une demie coupe d’une roue selon l’invention Remarques Il est précisé que les adverbes préférentiellement, et optionnellement signifient que l’on peut de préférence utiliser une solution tout en restant dans le cadre de l’invention. Il est aussi précisé que la Figure 2 représente essentiellement un mode de réalisation de l’objet, selon l’invention, mais qu’il peut exister d’autres modes de réalisation, qui répondent à la définition de cette invention, dans la mesure ou le principe de fonctionnement est respecté. Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l’invention, l’objet de l’invention comporte “au moins un” élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l’objet selon l’invention, tel qu’illustré, comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n’est pas spécifié que l’objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l’objet de l’invention pourra être défini comme comportant “au moins un” de ces éléments. Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. Il est de même précisé que, dans la présente description, si l'adverbe "sensiblement" est associé à un qualificatif d'un moyen donné, ce qualificatif doit être compris au sens strict ou approché. Il est de même précisé que, la roue peut être dessiné de telle sorte que les bords de fuite du chapeau chinois et de la virole peuvent être : soit perpendiculaire par rapport à l’axe de rotation (18) (dans ces conditions le flux sortant est dévié radialement avec un angle sensiblement de 90° par rapport au flux entrant) soit former un angle par rapport a l’axe de rotation (18) (dans ces conditions le flux sortant est dévié radialement avec un angle inferieur a 90° par rapport au flux entrant) Il est de même précisé que, la roue peut être dessiné de telle sorte que les bords de fuite du chapeau chinois et de la virole peuvent soit être sensiblement parallèles soit former un angle entre eux, la distance entre chapeau et virole croisant radialement. En résumé : Ventilateurs centrifuges capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe (21) suivant la direction (V) et sortant par la périphérie de celui-ci (17 et 17’) quel que soit le sens de rotation dudit ventilateur, ce ventilateur comporte un moyeu (19) d’axe de rotation (18) et une virole tournante (20) il se distingue de l’état de l’art actuel par le fait que la roue du dit ventilateur dispose de pales placées radialement par rapport à l’axe de rotation (18) , les dites pales ayant une silhouette en «sygne» à ailes déployées , comportant un bord d’attaque préférentiellement semi cylindrique (4), suivit d’un « cou » (22) et de deux « ailes » (23 et 23’) se terminant par des bords de fuite (5’ et 5’’), bords de fuite orientés sensiblement radialement vers l’extérieur, le raccordement entre le « cou » et les ailes étant convexe, l’arrière des ailes entre les deux bords de fuite étant concave et formant deux « cusps » (15 et 15‘) distincts, entre les cusps (15 et 15‘) se trouve un bord d’attaque arrondi (6) convexe, les pales ont une hauteur (H) mesurée aux bords de fuite (5’ et 5’’), (H) qui est dite hauteur entre virole tournante (20) et moyeu (19) . Ventilateurs centrifuges original par le fait que les limites du moyeu (19) et de la virole tournante (20), à savoir (17 et 17’) sont situées radialement à au moins une demi-envergure des bords de fuite de type (5’ et 5’’), l’envergure étant la distance mesurée entre les dit bords de fuite. Ventilateurs centrifuges original par le fait que les zones, situées entre les bords de fuite des pales (5’ et 5’’), et les limites du moyeu (19) et de la virole tournante (20), à savoir (17 et 17’), sont parallèles entre elles, formant par rapport à l’axe (18) soit un angle droit soit un angle orienté vers le côté opposé à l’arrivée du fluide depuis la virole tournante. Ventilateurs centrifuges original par le fait que les zones, situées entre les bords de fuite des pales (5’ et 5’’), et les limites du moyeu (19) et de la virole tournante (20), à savoir (17 et 17’), sont divergentes l’une par rapport à l’autre, si bien que la distance par rapport a l’axe (18) entre (17) et (17’) est différente de la hauteur (H) des pales à leur bord de fuite (5 ‘ et 5’’). Ventilateurs centrifuges original par le fait que le moyeu (19) à la forme d’un chapeau chinois, c’est-à-dire que la partie centrale du chapeau (24) est sensiblement située au droit de l’ouïe (21), constituant ainsi le bord d’attaque central de l’ouïe du ventilateur , on dit que la partie centrale est « en hauteur » par rapport au plan moyen du moyeu, ce bord d’attaque (24) à sensiblement une forme soit : en demi sphère, soit en demie ellipse, de révolution , au-delàs du bord d’attaque suit une forme en spline de révolution, par rapport a l’axe du ventilateur, qui « descend » progressivement de manière à atteindre le plan moyen du moyeu c’est-à-dire la distance axiale souhaitée entre la virole et le chapeau afin de permettre l’implantation des pales d’une hauteur (H) définie. Ventilateurs centrifuges capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe (21) suivant la direction (V) et sortant par la périphérie de celui-ci (17 et 17’) quel que soit le sens de rotation dudit ventilateur, ce ventilateur comporte un moyeu (19) d’axe de rotation (18) et une virole tournante (20) caractérisé par le fait que la roue du dit ventilateur dispose de pales placées radialement par rapport à l’axe de rotation (18) , les dites pales ayant une silhouette en «sygne» à ailes déployées , comportant un bord d’attaque préférentiellement semi cylindrique (4), suivit d’un « cou » (22) et de deux « ailes » (23 et 23’) se terminant par des bords de fuite (5’ et 5’’), bords de fuite orientés sensiblement radialement vers l’extérieur, le raccordement entre le « cou » et les ailes étant convexe, l’arrière des ailes entre les deux bords de fuite étant concave et formant deux « cusps » (15 et 15‘) distincts, entre les cusps (15 et 15‘) se trouve un bord d’attaque arrondi (6) convexe, les pales ont une hauteur (H) mesurée aux bords de fuite (5’ et 5’’), (H) qui est dite hauteur entre virole tournante (20) et moyeu (19) . Ventilateurs centrifuges selon la revendication 1 capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe (21) et sortant par la périphérie de celui-ci (17 et 17’) quel que soit le sens de rotation dudit ventilateur, ce ventilateur comporte un moyeu (19) d’axe de rotation (18) et une virole tournante (20) caractérisé par le fait que les limites du moyeu (19) et de la virole tournante (20), à savoir (17 et 17’) sont situées radialement à au moins une demie envergure des bords de fuite de type (5’ et 5’’), l’envergure étant la distance mesurée entre les dit bords de fuite. Ventilateurs centrifuges selon la revendication 1et 2 capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe (21) et sortant par la périphérie de celui-ci (17 et 17’) quel que soit le sens de rotation dudit ventilateur, ce ventilateur comporte un moyeu (19) d’axe de rotation (18) et une virole tournante (20) caractérisé par le fait que les zones, situées entre les bords de fuite des pales (5’ et 5’’), et les limites du moyeu (19) et de la virole tournante (20), à savoir (17 et 17’), sont parallèles entre elles , formant par rapport à l’axe (18 ) soit un angle droit soit un angle orienté vers le coté opposé à l’arrivée du fluide depuis la virole tournante. Ventilateurs centrifuges selon la revendication 1et 2 capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe (21) et sortant par la périphérie de celui-ci (17 et 17’) quel que soit le sens de rotation dudit ventilateur, ce ventilateur comporte un moyeu (19) d’axe de rotation (18) et une virole tournante (20) caractérisé par le fait que les zones, situées entre les bords de fuite des pales (5’ et 5’’), et les limites du moyeu (19) et de la virole tournante (20), à savoir (17 et 17’), sont divergentes l’une par rapport à l’autre, si bien que la distance par rapport a l’axe (18) entre (17) et (17’) est différente de la hauteur (H) des pales à leur bord de fuite (5 ‘ et 5’’). Ventilateurs centrifuges selon les revendications 1 à 4 capable de créer un flux d’air entrant par l’ouïe (21) et sortant par la périphérie de celui-ci (17 et 17’) quel que soit le sens de rotation dudit ventilateur, ce ventilateur comporte un moyeu (19) d’axe de rotation (18) et une virole tournante (20) caractérisée par le fait que le moyeu (19) à la forme d’un chapeau chinois, c’est-à-dire que la partie centrale du chapeau (24) est sensiblement située au droit de l’ouïe (21), constituant ainsi le bord d’attaque central de l’ouïe du ventilateur , on dit que la partie centrale est « en hauteur » par rapport au plan moyen du moyeu, ce bord d’attaque (24) à sensiblement une forme soit en demi sphère soit en demie ellipse de révolution , au-delà du bord d’attaque suit une forme en spline de révolution, par rapport a l’axe du ventilateur, qui « descend » progressivement de manière à atteindre le plan moyen du moyeu c’est-à-dire la distance axiale souhaitée entre la virole et le chapeau afin de permettre l’implantation des pales d’une hauteur (H) définie.