EP0505739A1 - Buse aéraulique pour système de refroidissement - Google Patents

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EP0505739A1
EP0505739A1 EP92103046A EP92103046A EP0505739A1 EP 0505739 A1 EP0505739 A1 EP 0505739A1 EP 92103046 A EP92103046 A EP 92103046A EP 92103046 A EP92103046 A EP 92103046A EP 0505739 A1 EP0505739 A1 EP 0505739A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/02—Ducting arrangements
    • F24F13/06—Outlets for directing or distributing air into rooms or spaces, e.g. ceiling air diffuser
    • F24F13/062—Outlets for directing or distributing air into rooms or spaces, e.g. ceiling air diffuser having one or more bowls or cones diverging in the flow direction

Definitions

  • the present invention relates to an aeraulic nozzle for a cooling system, the nozzle being intended to diffuse a flow of air towards a device to be cooled.
  • the air blown by the inlet face of the nozzle is not a homogeneous flow in intensity and in direction if a blowing device of the fan type is used. This can prove to be a serious drawback in some applications. Indeed, the lack of uniformity of the flow means that the heating device is not uniformly cooled. There are hotter spots than others and thermal runaway and destruction of the heater may occur. This is particularly the case, in the railway sector, of the power resistors constituting the braking rheostats on the traction units.
  • the purpose of the nozzle according to the present invention is to correctly distribute an air flow over the heating device (power resistors for example) in order to reduce the heating heterogeneities of the device. This can only be obtained by an isokinetic field of the cooling air flow over the entire inlet section of the heating device.
  • the proposed nozzle is structured so as to break the gyration of the air flow, to straighten the air streams forming this flow, to distribute it and to homogenize the air flow at the outlet of the nozzle.
  • the subject of the invention is therefore an aeraulic nozzle for a cooling system, the nozzle having an inlet face for the introduction of a flow of blown air and an outlet face for diffusing this flow of air towards a device. to be cooled, characterized in that the nozzle comprises means making it possible to make the flow of outlet air homogeneous in direction and in intensity.
  • the height of the nozzle can be limited to a certain value.
  • the sections of the inlet and outlet faces of the nozzle which may be different.
  • the entry face can be circular if the air is blown by a fan
  • the exit face can be of square section if the device to be cooled is a resistive tape of braking rheostat on a traction unit .
  • the invention makes it possible to satisfy all these constraints.
  • the embodiment which will be described below relates to an air nozzle for a braking rheostat cooling system, the nozzle having an inlet face of circular section and an outlet face of square section. It is designed to operate with an axial fan.
  • Figure 1 is a section II of Figure 2.
  • the nozzle comprises a flat crown 1 serving as a basis for the mechanical assembly and whose axis can be considered as the axis of the nozzle.
  • This crown is pierced with holes 11 which will be used to fix the nozzle in the Cooling system.
  • the outer casing 2 is fixed, for example by welding, to the crown 1. The welding is carried out on the inner edge of the crown.
  • the envelope 2 must allow the passage from a circular section to a square section. It is advantageous to produce it from the four cheeks 21 to 24 shown detached in FIG. 4 and assembled for example by welding.
  • the edges 211, 221, 231 and 241 correspond to the internal diameter of the crown 1.
  • the edges 212, 222, 232 and 242 correspond to the outlet section of the nozzle.
  • Figure 5 is a section V-V of Figure 4 which shows the profile presented by the cheek 21 at this location.
  • the nozzle also comprises an internal cone 3 shown alone in FIG. 6.
  • the cone 3 consists of a sheet 31 closed on itself.
  • An orifice 32 remains at the top of the cone, the base of which is closed by a circular plate 33 provided with a central hole 34.
  • the plate 33 is fixed to the sheet 31 for example by welding.
  • the nozzle also includes an outer cone 4 of low conicity and a diameter slightly smaller than that of the envelope 2.
  • the envelope 2, the crown 1 and the cones 3 and 4 are arranged concentrically.
  • the large base of the cone 4 is located on the entry face side.
  • the nozzle still includes important elements. These are the blades which guide the flow of the air streams. These blades are particularly visible in Figure 2 where they bear the reference 5. In the example described, they are eight in number distributed regularly around the axis of the nozzle. They are of different dimensions depending on whether they end up in the middle of one side of the square outlet section or in a corner of this section. This arrangement of the bladings is particularly effective but the bladdings can also lead to other places.
  • Each blade is in fact made up of two parts: one is located between the inner cone 3 and the outer cone 4, the other is located between the outer cone 4 and the casing 2.
  • the parts of each blade are fixed to these various elements for example by welding and ensure their mechanical retention.
  • the blades have a particular profile as shown in Figure 7 which is a section VII-VII of FIG. 2.
  • the angle of attack has blades, that is to say that located on the inlet face side of the nozzle, will be chosen equal to 45 ° and the exit angle b equal to 90 °.
  • the outlet face of the nozzle will advantageously be provided with a grid called the homogenization grid intended to perfect the homogeneity of the air flow leaving the nozzle.
  • the homogenization grid is visible in Figure 8 which is a top view corresponding to Figure 2 which represented the nozzle with grid removed.
  • the grid 6 consists of a sheet perforated with holes 61, only part of which has been shown. It was found that a better homogeneity of the outgoing air flow was obtained if two opposite angles of the grid were truncated as shown in Figure 8.
  • the blades make it possible to break the gyration of the inlet air flow and to straighten the air streams composing it.
  • the angle of attack of the blades can vary by 10 ° around the ideal value of 45 ° without harming the device. Referring to Figure 2, the fan rotates clockwise.
  • the low-slope outer cone 4 is a distribution cone. It allows the flow of blown air to be divided in half and to attenuate the initial peripheral power of the air flow.
  • the internal cone 3 makes it possible to avoid the shadow effect of the hub of the axial fan and the vacuum zone which would inevitably appear.
  • the diameter of the base of the cone 3 depends on the size of the fan hub.
  • the nozzle makes it possible to homogenize the air flow over a very low height compared to the diameter of the inlet face.
  • the number of blades is different from the number of fan blades.
  • Figure 9 is a perspective view of the ventilation nozzle according to the invention without the homogenization grid.

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Abstract

L'invention concerne une buse aéraulique pour système de refroidissement, la buse possédant une face d'entrée pour l'introduction d'un flux d'air soufflé et une face de sortie pour diffuser ce flux d'air vers un dispositif à refroidir, caractérisée en ce que la buse comprend des moyens permettant de rendre le flux d'air de sortie homogène en direction et en intensité. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne une buse aéraulique pour un système de refroidissement, la buse étant destinée à diffuser un flux d'air vers un dispositif à refroidir.
  • Il est connu de refroidir des éléments chauffants (résistances, semiconducteurs) par une circulation d'air soufflé par exemple par un ventilateur. Pour canaliser le flux d'air de refroidissement, on utilise généralement une buse dite buse aéraulique.
  • L'air soufflé par la face d'entrée de la buse n'est pas un flux homogène en intensité et en direction si on utilise un appareil de soufflage du genre ventilateur. Ceci peut s'avérer être un inconvénient sérieux dans certaines applications. En effet, le défaut d'homogénéité du flux fait que le dispositif chauffant n'est pas refroidi de manière uniforme. Il y a des points plus chauds que d'autres et il peut se produire un emballement thermique et une destruction du dispositif chauffant. Ceci est notamment le cas, dans le domaine ferroviaire, des résistances de puissance constituant les rhéostats de freinage sur les engins de traction.
  • Afin de pallier cet inconvénient, la buse selon la présente invention a pour but de diffuser correctement un flux d'air sur le dispositif chauffant (des résistances de puissance par exemple) afin de réduire les hétérogénéités d'échauffement du dispositif. Ceci ne peut être obtenu que par un champ isocinétique du flux d'air de refroidissement sur toute la section d'entrée du dispositif chauffant.
  • La buse proposée est structurée de façon à casser la giration du flux d'air, à redresser les filets d'air formant ce flux, à le répartir et à homogénéiser le flux d'air en sortie de la buse.
  • L'invention a donc pour objet une buse aéraulique pour système de refroidissement, la buse possédant une face d'entrée pour l'introduction d'un flux d'air soufflé et une face de sortie pour diffuser ce flux d'air vers un dispositif à refroidir, caractérisée en ce que la buse comprend des moyens permettant de rendre le flux d'air de sortie homogène en direction et en intensité.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels :
    • la Figure 1 est une vue de face et en coupe d'une buse aéraulique selon l'invention sans grille d'homogénéisation,
    • la Figure 2 est une vue de dessus de la buse de la figure 1,
    • la Figure 3 est un élément entrant dans la constitution de la buse,
    • la Figure 4 représente plusieurs parties d'un élément entrant dans la constitution de la buse,
    • la Figure 5 représente une coupe partielle de la figure 4,
    • la Figure 6 représente un autre élément entrant dans la constitution de la buse,
    • la Figure 7 représente une coupe partielle de la figure 2,
    • la Figure 8 est une vue de dessus de la buse selon l'invention équipée d'une grille d'homogénéisation,
    • la Figure 9 est une vue en perspective de la buse aéraulique selon l'invention sans la grille d'homogénéisation.
  • Certaines contraintes peuvent être imposées à la buse par l'environnement matériel. Ainsi la hauteur de la buse peut être limitée à une certaine valeur. Il en va de même pour les sections des faces d'entrée et de sortie de la buse qui peuvent être différentes. Par exemple, la face d'entrée peut être circulaire si l'air est soufflé par un ventilateur, par contre la face de sortie peut être de section carée si le dispositif à refroidir est un ruban résistif de rhéostat de freinage sur un engin de traction.
  • L'invention permet de satisfaire toutes ces contraintes.
  • L'exemple de réalisation qui sera décrit ci-dessous porte sur une buse aéraulique pour un système de refroidissement de rhéostat de freinage, la buse ayant une face d'entrée de section circulaire et une face de sortie de section carrée. Elle est prévue pour fonctionner avec un ventilateur axial.
  • La figure 1 est une coupe I-I de la Figure 2. La buse comprend une couronne plate 1 servant de base à l'ensemble mécanique et dont l'axe peut être considéré comme l'axe de la buse. Cette couronne est percée de trous 11 qui serviront à la fixation de la buse dans le système de refroidissement. L'enveloppe extérieure 2 est fixée, par exemple par soudage, sur la couronne 1. La soudure est effectuée sur le bord intérieur de la couronne.
  • L'enveloppe 2 doit permettre le passage d'une section circulaire à une section carrée. Il est avantageux de la réaliser à partir des quatre joues 21 à 24 représentées détachées sur la figure 4 et assemblées par exemple par soudage. Les bords 211, 221, 231 et 241 correspondent au diamètre intérieur de la couronne 1. Les bords 212, 222, 232 et 242 correspondent à la section de sortie de la buse. La figure 5 est une coupe V-V de la figure 4 qui montre le profil présenté par la joue 21 à cet endroit.
  • La buse comprend encore un cône intérieur 3 représenté seul sur la figure 6. Le cône 3 se compose d'une feuille 31 refermée sur elle-même. Un orifice 32 subsiste au sommet du cône dont la base est fermée par une plaque circulaire 33 pourvue d'un trou central 34. La plaque 33 est fixée à la feuille 31 par exemple par soudure.
  • La buse comprend aussi un cône extérieur 4 de faible conicité et de diamètre un peu inférieur à celui de l'enveloppe 2. L'enveloppe 2, la couronne 1 et les cônes 3 et 4 sont disposés concentriquement. La grande base du cône 4, se situe côté face d'entrée.
  • La buse comprend encore des éléments importants. Ce sont les aubages qui permettent de guider l'écoulement des filets d'air. Ces aubages sont particulièrement bien visibles sur la figure 2 où ils portent la référence 5. Dans l'exemple décrit, ils sont au nombre de huit répartis régulièrement autour de l'axe de la buse. Ils sont de dimensions différentes selon qu'ils aboutissent au milieu d'un côté de la section carrée de sortie ou dans un angle de cette section. Cette disposition des aubages est particulièrement efficace mais les aubages peuvent également aboutir à d'autres endroits.
  • Chaque aubage est constitué en fait de deux parties : l'une est située entre le cône intérieur 3 et le cône extérieur 4, l'autre est située entre le cône extérieur 4 et l'enveloppe 2. Les parties de chaque aubage sont fixées à ces différents éléments par exemple par soudage et assurent leur maintien mécanique.
  • Les aubages ont un profil particulier comme le montre la figure 7 qui est une coupe VII-VII de la figure 2. De préférence, l'angle d'attaque a des aubages, c'est-à-dire celui situé côté face d'entrée de la buse, sera choisi égal à 45° et l'angle de sortie b égal à 90°.
  • La face de sortie de la buse sera avantageusement pourvue d'une grille dite grille d'homogénéisation destinée à parfaire l'homogénéité du flux d'air sortant de la buse.
  • La grille d'homogénéisation est visible sur la Figure 8 qui est une vue de dessus correspondant à la Figure 2 laquelle représentait la buse avec grille enlevée. La grille 6 est constituée d'une tôle perforée de trous 61 dont une partie seulement a été représentée. On a constaté qu'on obtenait une meilleure homogénéité du flux d'air sortant si deux angles opposés de la grille étaient tronqués comme le montre la Figure 8.
  • Les aubages permettent de casser la giration du flux d'air d'entrée et de redresser les filets d'air le composant. L'angle d'attaque des aubages peut varier de 10° autour de la valeur idéale de 45° sans porter préjudice au dispositif. En se référant à la figure 2, le ventilateur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.
  • Le cône extérieur 4 à pente faible est un cône de répartition. Il permet de diviser le flux d'air soufflé en deux et d'atténuer la puissance initiale périphérique du flux d'air.
  • Le cône intérieur 3 permet d'éviter l'effet d'ombre du moyeu du ventilateur axial et la zone de dépression qui apparaîtrait immanquablement. Le diamètre de la base du cône 3 dépend de la taille du moyeu du ventilateur.
  • A titre d'exemple, les éléments composant la base peuvent avoir les dimensions suivantes :
    • pour l'enveloppe 2 : ouverture circulaire de diamètre 510 mm et ouverture carrée de 526 mm de côté, hauteur de l'enveloppe 145 mm.
    • pour le cône de répartition 4 : diamètre à la base 470 mm, diamètre au sommet 430 mm.
    • pour le cône d'écoulement 3 : diamètre à la base 230 mm, diamètre au sommet 10 mm.
    • pour la grille d'homogénéisation 6 : perforations de 5 mm de diamètre pour un taux de perforation de 46 %.
  • On voit donc que la buse permet d'homogénéiser le flux d'air sur une hauteur très faible comparé au diamètre de la face d'entrée.
  • Pour un meilleur fonctionnement de la buse, il est préférable que le nombre des aubages soit différent du nombre de pales du ventilateur.
  • La figure 9 est une vue en perspective de la buse aéraulique selon l'invention sans la grille d'homogénéisation.

Claims (11)

  1. Buse aéraulique pour système de refroidissement, la buse possédant une face d'entrée pour l'introduction d'un flux d'air soufflé et une face de sortie pour diffuser ce flux d'air vers un dispositif à refroidir, caractérisée en ce que la buse comprend des moyens permettant de rendre le flux d'air de sortie homogène en direction et en intensité.
  2. Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une enveloppe (2) relie les faces d'entrée et de sortie.
  3. Buse selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent des aubages (5) disposés entre les faces d'entrée et de sortie permettant de redresser les filets d'air du flux d'air soufflé.
  4. Buse selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que, l'air étant soufflé par un ventilateur axial, lesdits moyens comprennent un cône intérieur (3) central dont les bases sont parallèles aux faces d'entrée et de sortie, ce cône intérieur permettant d'éviter l'effet d'ombre induit par le moyeu du ventilateur axial.
  5. Buse selon la revendication 4, caractérisée en ce que les aubages (5) sont situés entre le cône intérieur (3) et l'enveloppe (2).
  6. Buse selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent également un cône extérieur (4) ou cône de répartition situé entre l'enveloppe (2) et le cône intérieur (3), les bases du cône extérieur étant parallèles aux faces d'entrée et de sortie de la buse.
  7. Buse selon la revendication 6, caractérisée en ce que les aubages (5) assurent le maintien du cône extérieur (4).
  8. Buse selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que le profil des aubages est tel qu'ils présentent un angle d'attaque (a), c'est-à-dire l'angle d'inclinaison des aubages par rapport à la face d'entrée, compris entre 35° et 55° et de préférence égal à 45°, l'angle de sortie des aubages, c'est-à-dire l'angle d'inclinaison des aubages par rapport à la face de sortie, valant 90°.
  9. Buse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la face d'entrée à une section circulaire et la face de sortie une section carrée.
  10. Buse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la face de sortie est recouverte d'une grille d'homogénéisation (6).
  11. Buse selon la revendication 10, caractérisée en ce que la grille d'homogénéisation (6) présente deux angles opposés tronqués.
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FR9102413 1991-02-28

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EP0505739A1 true EP0505739A1 (fr) 1992-09-30
EP0505739B1 EP0505739B1 (fr) 1995-03-15

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AT (1) ATE119990T1 (fr)
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FR (1) FR2673456B1 (fr)

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FR2673456B1 (fr) 1993-04-30
DE69201662T2 (de) 1995-07-13
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