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Patent Searching and Data


Title:
THERMO-ACOUSTIC SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/043308
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a thermo-acoustic system (1) comprising a chamber (3) enclosing a fluid (9) and in which a sound wave source (2), a wave phase shifter (5) and a thermo-acoustic device (4) are arranged, said thermo-acoustic device (4) being comprised between said source (2) and said phase shifter (5), characterized in that said sound wave source (2) comprises a rigid plate (16) that is bidirectionally translated by a driver device (17) and generates said sound waves that propagate through said fluid (9) and pass through said thermo-acoustic device (4).

Inventors:
BOUDARD, Emmanuel (74 Ave Joseph Kessel, Voisins le Bretonneux, 78960, FR)
Application Number:
FR2018/051937
Publication Date:
March 07, 2019
Filing Date:
July 27, 2018
Export Citation:
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Assignee:
PSA AUTOMOBILES SA (2-10 Boulevard de l'Europe, Poissy, 78300, FR)
International Classes:
F25B9/14
Foreign References:
US5813234A1998-09-29
US6314740B12001-11-13
US20100212311A12010-08-26
FR2890413A12007-03-09
Attorney, Agent or Firm:
MENES, Catherine (VEIP-FB1-VV1400, Route de Gisy, Velizy Villacoublay, 78140, FR)
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Claims:
Revendications

1 . Système (1 ) thermo-acoustique comprenant une enceinte (3) enfermant un fluide (9) et dans laquelle sont disposés une source (2) d'ondes sonores, un déphaseur (5) d'ondes et un dispositif thermo-acoustique (4), ledit dispositif thermo-acoustique (4) étant compris entre ladite source (2) et ledit déphaseur (5), caractérisé en ce que ladite source (2) d'ondes sonores comprend une plaque (16) rigide entraînée en translations bidirectionnelles par un dispositif d'entraînement (17) et générant lesdites ondes sonores se propageant dans ledit fluide (9) et traversant ledit dispositif thermoacoustique (4). 2. Système (1 ) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plage de fréquence des oscillations de la plaque (16) est comprise entre 1 Hz et 100 Hz.

3. Système (1 ) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide (9) est de l'argon sous une pression absolue de 1 à 50 bar.

4. Système (1 ) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque (16) rigide est en matériau renforcé par des fibres de carbone.

5. Système (1 ) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif d'entraînement (17) comprend, d'un côté de la plaque (16), un vérin annulaire (20) à simple effet munis de ressorts (24) de rappel et de l'autre côté de la plaque (16), un mécanisme d'entraînement (19) de la plaque (16), lesdits ressorts (24) ou le mécanisme d'entraînement (19) translatant la plaque (16).

6. Système (1 ) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement (20) comprend des vérins (23) de poussée ou bien des billes (36) de poussée.

7. Système (1 ) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif d'entraînement (17) comprend un vérin annulaire à double effet.

8. Système (1 ) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le déphaseur (5) comprend une paroi rendue mobile par un dispositif d'entraînement (17), entraînée en translations bidirectionnelles et provoquant le déphasage des ondes sonores.

9. Ensemble (42) thermo-acoustique caractérisé en ce qu'il comprend deux systèmes (1 ) et (1 .2) selon l'une des revendications 1 à 8 positionnés en vis-à-vis l'un de l'autre de façon symétrique de telle sorte qu'ils partagent au moins un de leurs éléments constitutifs.

10. Véhicule (44) muni d'un système (1 ) selon l'une des revendications 1 à 8 ou muni d'un ensemble (42) selon la revendication 9 caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (17) est alimenté par un réseau de bord (53) du véhicule ou un réseau (43) d'une machine électrique (49) de traction du véhicule (44).

Description:
SYSTEME THERMO-ACOUSTIQUE

[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1757936 déposée le 29 août 2017 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. [0002] L'invention porte sur un système thermo-acoustique destiné à tempérer les fluides caloporteurs d'un groupe de climatisation et /ou réfrigération de véhicule de type automobile.

[0003] Les systèmes thermo-acoustiques permettent de transformer des ondes sonores en sources chaudes ou froides.

[0004] Les groupes de climatisation et /ou réfrigération avec un système thermo- acoustique sont une des alternatives aux procédés de compression standards exploitant des gaz, utilisés pour rafraîchir un habitacle.

[0005] Ces systèmes présentent certains avantages tels qu'une mise en œuvre relativement simple (plus besoin de systèmes usinés avec précision), l'absence de gaz réfrigérant avec un effet de serre nocif ou des effets annexes gênants (inflammabilité, nocivité, risques liés à la pression), la suppression de lubrifiants et d'agents frigorifiques.

[0006] Il est même connu d'utiliser un système thermo-acoustique compact avec un haut- parleur comme source d'ondes sonores en direction d'un dispositif thermo-acoustique accolé à un second haut-parleur permettant de déphaser certaines ondes, pour réfrigérer comme décrit dans la publication "Analysis of a Coaxial, Compact Thermoacoustic Heat - Pump » de Poignand, G., Podkovskiy, A., Penelet, G., Lotton, P.,Bruneau, M., en 2013.

[0007] Mais lorsque les systèmes thermo-acoustiques comprennent un haut-parleur comme source pour générer des ondes acoustiques, le dispositif est de technologie électromagnétique, et le dispositif est souvent spécifique. Ces sources ne sont pas idéales pour réaliser une onde stable dans une plage de pression importante et à fréquence fixe. Il y a surdimensionnement de l'élément électromagnétique qui engendre un poids très important et un coût rédhibitoire pour un usage industriel ou automobile.

[0008] Par ailleurs, il est connu de par le document FR2890413 un agencement d'un système thermo-acoustique dans un moteur à combustion d'un véhicule évitant d'utiliser un haut-parleur comme source d'ondes acoustiques dans un dispositif thermo- acoustique. Le système thermo-acoustique comporte une enceinte globalement cylindrique hébergeant un dispositif thermo-acoustique. Le dispositif thermo-acoustique comprend une cellule thermo- acoustique, pile ou encore « stack » qui conduit rapidement la chaleur de la face arrière à la face avant. L'enceinte est raccordée en dérivation d'un conduit d'admission d'air ou d'échappement des gaz du moteur. La membrane 40 est fixée de façon immobile au conduit fermant de façon hermétique l'enceinte. Pour faire office de membrane de haut-parleur, elle est souple ce qui la rend capable de répercuter les variations de pression du conduit. La membrane est excitée sur sa face arrière par une onde 02 émise par l'air d'admission ou les gaz d'échappement du véhicule, ce qui génère sur la face avant de la membrane, l'onde acoustique 01 à l'origine du phénomène thermo-acoustique expliqué dans ce même document, dans le système thermo-acoustique. L'onde acoustique 01 résulte du fonctionnement du moteur. Or le moteur peut être à l'arrêt, et ne générer aucun gaz ou admission d'air. Cependant il reste souhaitable de pouvoir climatiser ou réfrigérer l'habitacle malgré ces arrêts. La maîtrise de cette onde acoustique est insatisfaisante au regard de ces besoins. Aussi il est recherché d'avoir une source de génération d'onde acoustique stable facile à maîtriser et sans alourdir le véhicule. [0009] Selon l'invention, on résout ces problèmes en proposant un système thermoacoustique muni d'un dispositif thermo-acoustique et où les ondes sonores sont générées par l'oscillation d'une plaque dont le mouvement translatif et bidirectionnel est maîtrisé par un dispositif d'entraînement.

[0010] Plus précisément, l'invention porte donc sur un système thermo-acoustique comprenant une enceinte enfermant un fluide et dans laquelle sont disposés une source d'ondes sonores, un déphaseur d'ondes et un dispositif thermo-acoustique, ledit dispositif thermo-acoustique étant compris entre ladite source et ledit déphaseur, dont la source d'ondes sonores comprend une plaque rigide entraînée en translations bidirectionnelles par un dispositif d'entraînement de façon à générer des ondes sonores se propageant au travers du fluide et du dispositif thermo-acoustique. Le dispositif d'entraînement fonctionne indépendamment du moteur thermique. Le dispositif d'entraînement peut être mécanique ou hydraulique. Le système ne requiert plus des éléments de sources sonores coûteuses à réaliser et présentant des risques, le système peut fonctionner à la demande indépendamment de l'état de marche du groupe motopropulseur. Le système permet l'obtention d'ondes sonores de façon stable et régulière (pas de comparatif).

[001 1 ] De préférence, l'invention porte sur un système la plage de fréquence des oscillations de la plaque est comprise entre 1 Hz et 100 Hz. Ces fréquences permettent d'obtenir des ondes régulières qui ont un bon pouvoir de transformation dans le dispositif thermo-acoustique. [0012] De préférence, l'invention porte sur un système dont le fluide est de l'argon sous une pression absolue de 1 à 50 bar. Le système requiert un fluide qui n'est pas nocif comparativement aux fluides utilisés pour les groupes de climatisation et / ou réfrigération. L'argon est utilisé par exemple sous une pression absolue de 1 à 50 bar, préférentiellement à des pressions entre 20 et 40 bars pour augmenter la pression acoustique non accessible à une pression atmosphérique.

[0013] De préférence, l'invention porte sur un système dont la plaque rigide est en matériau renforcé par des fibres de carbone. La plaque allie une grande résistance aux pressions ainsi qu'une grande légèreté. [0014] De préférence, l'invention porte sur un système dont ledit dispositif d'entraînement comprend un vérin annulaire à simple effet munis d'un côté de la plaque, de ressorts de rappel et de l'autre côté de la plaque, un mécanisme d'entraînement de la plaque, lesdits ressorts ou le mécanisme d'entraînement translatant la plaque. Ce dispositif d'entraînement présente une grande simplicité d'actionnement du déplacement de la plaque uniquement du côté du mécanisme d'entraînement tout en requérant peu de pièces.

[0015] De préférence, l'invention porte sur un système dont le mécanisme d'entraînement comprend des vérins de poussée ou bien des billes de poussée. Les vérins de poussée ou billes de poussée peuvent être dimensionnés pour subir les pressions très élevées du système. [0016] De préférence, l'invention porte sur un système dont ledit dispositif d'entraînement comprend un vérin annulaire à double effet. Le dispositif d'entraînement peut dans ce cas être piloté des deux côtés de la plaque pour une meilleure maîtrise de l'oscillation.

[0017] De préférence, l'invention porte sur un système dont le déphaseur comprend une paroi rendue mobile par un dispositif d'entraînement, entraînée en translations bidirectionnelles et provoquant le déphasage des ondes sonores. Il est possible de remplacer le haut-parleur du déphaseur par une paroi mobile présentant tous les avantages décrits pour la plaque de la source sonore.

[0018] De préférence, l'invention porte sur un ensemble thermo-acoustique qui comprend deux systèmes positionnés en vis-à-vis l'un de l'autre de façon symétrique de telle sorte qu'ils partagent au moins un de leurs éléments constitutifs. Pour l'application à un groupe de réfrigération et/ou de climatisation, il est nécessaire de disposer d'une puissance totale de 5 kW ce qui est obtenu en doublant les systèmes de puissance 2,5 kW et pour optimiser l'ensemble en terme de masse et d'énergie consommée, il est judicieux de mettre en commun la source sonore pour deux systèmes thermo-acoustiques. Il est aussi avantageux selon le besoin de prévoir de partager la paroi mobile du déphaseur.

[0019] De préférence, l'invention porte sur un véhicule muni d'un système ou muni d'un ensemble, dont le dispositif d'entraînement est alimenté par un réseau de bord du véhicule ou un réseau d'une machine électrique de traction du véhicule. Le système ou l'ensemble peuvent exploiter les ressources en terme d'énergie électrique déjà présentes dans le véhicule.

[0020] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement ces modes de réalisation et d'implantation préférentiels.

[0021 ] La figure 1 présente un système thermo-acoustique selon un mode préférentiel de l'invention.

[0022] La figure 2 présente un système thermo-acoustique avec un mécanisme d'entraînement selon un premier mode préférentiel de l'invention. [0023] La figure 3 présente le système thermo-acoustique avec un mécanisme d'entraînement selon un second mode de réalisation de l'invention.

[0024] La figure 4 présente le système thermo-acoustique avec un mécanisme d'entraînement selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

[0025] La figure 5 présente un ensemble thermo-acoustique avec deux systèmes thermo- acoustiques selon un mode préférentiel de l'invention.

[0026] La figure 6 présente une première implantation dans un véhicule d'un système thermo-acoustique selon un mode préférentiel de l'invention.

[0027] La figure 7 présente une seconde implantation dans un véhicule d'un système thermo-acoustique selon un autre mode préférentiel de l'invention. [0028] La figure 8 présente le couplage d'un système thermo-acoustique aux circuits caloporteurs d'un véhicule selon un mode préférentiel de l'invention.

[0029] La figure 1 présente schématiquement un système thermo-acoustique 1 avec une source 2 d'ondes sonores émettant dans une enceinte 3 où sont disposés un dispositif thermo-acoustique 4 accolé avec un déphaseur 5 sous forme de haut-parleur 5. L'enceinte 3, le dispositif thermo-acoustique 4 et le déphaseur 5 coopèrent pour former un résonateur.

[0030] Un boîtier 6 en forme de tube avec un axe longitudinal rectiligne présente à l'une de ses extrémités : une ouverture 7 et à l'extrémité opposée : un fond 8. L'ouverture 7 du boîtier 6 est fermée hermétiquement par la source 2 d'ondes sonores émises en direction du dispositif thermo-acoustique 4, tandis que le haut-parleur 5 se trouve proche du fond 8. Le dispositif thermo-acoustique 4 et le haut-parleur 5 sont coaxiaux par rapport au boîtier 6.

[0031 ] L'enceinte 3 est délimitée par le boîtier 6 fermé par la source 2 d'ondes sonores. L'enceinte 3 contient un fluide 9. [0032] Le dispositif thermo-acoustique 4 regroupe un premier échangeur 10 lui-même accolé à une pile thermo-acoustique 1 1 , elle-même accolée à un second échangeur 12. Les échangeurs 10 et 12 sont reliés aux circuits caloporteurs 13 du groupe de réfrigération et/ou climatisation non représenté sur cette figure 1 .

[0033] Le haut-parleur 5 qui est implanté vers le fond 8 du boîtier 6, a une membrane 14 orientée vers l'ouverture 7 du boîtier 6. La membrane 14 émettrice d'ondes fait face au premier échangeur 10 de froid. Au premier échangeur 10 succède en direction de l'ouverture 7, la pile thermo-acoustique 1 1 puis le second échangeur 12 de chaud. Le second échangeur 12 fait face à l'ouverture 7. Le haut-parleur 5 corrige le déphasage de ces ondes émises par la source 2 d'ondes sonores qui traversent le dispositif thermo-acoustique 4. [0034] Ces ondes provenant de la source acoustique 2 produiront par le biais du dispositif thermo-acoustique 4, des échanges thermiques qui seront transférés dans les circuits caloporteurs 13 du groupe de climatisation et/ou réfrigération définis tels que dans l'état de l'art.

[0035] La source 2 d'ondes sonores est présente dans un logement 15 tubulaire d'un diamètre supérieur à celui du boîtier 6. Ce logement 15 est coaxial avec le boîtier 6. La source 2 d'ondes comprend une plaque 16 destinée à se déplacer dans le logement 15 et dans l'enceinte 3 sous l'influence du dispositif d'entraînement 17 en fonctionnement, le dispositif d'entraînement 17 étant en partie à l'intérieur et à l'extérieur du logement 15 et/ou du boîtier 6, de l'enceinte 3. [0036] La plaque 16 est circulaire, rigide et mobile. Elle se déplace dans le logement 15 de façon bidirectionnelle par translation selon un axe parallèle à l'axe de l'enceinte 3. La plaque 16 oscille entre deux positions extrêmes. Grâce aux moyens de fixation non représentés de la plaque 16 avec le logement 15, ceux du logement 15 avec le boîtier 6, et grâce à la plaque 16, le tout garantissant l'étanchéité du système thermo-acoustique 1 par rapport à l'extérieur du système thermo-acoustique 1 , la source acoustique 2 dans le logement 15 ferme l'ouverture 7 du boîtier 6. [0037] Le disque de la plaque 16 est d'un côté en contact avec le fluide 9 contenu dans l'enceinte 3 et de l'autre côté avec le fluide ambiant extérieur au système thermo-acoustique 1 .

[0038] Le dispositif d'entraînement 17 mettant en mouvement la plaque 16 est représenté schématiquement sur la figure 1 partiellement en dehors du logement 15, du boîtier 6 et de l'enceinte 3.

[0039] Ainsi les ondes sonores produites par le déplacement de la plaque 16 dans le fluide

9 de l'enceinte 3, traversent le dispositif thermo-acoustique 4 et sont déphasées par le haut- parleur 5. Ceci génère des variations de pressions et de température dans les échangeurs

10 et 12 qui les répercutent dans les circuits caloporteurs 13. [0040] Pour fixer les idées, pour obtenir une puissance frigorifique de 2500 Watt en sortie de dispositif thermo-acoustique 4 pour une variation de 50 °C avec une température froide de 5°C dans le premier échangeur 10 et donc de 55°Cdans le second échangeur 12, il est nécessaire d'avoir une fréquence de 41 Hz de génération d'ondes sonores.

[0041 ] Dans ce dessein, le fluide 9 choisi dans le résonateur du système thermo- acoustique 1 est l'argon dont les caractéristiques thermiques permettent d'intensifier les transferts thermiques, et dont la densité permet d'intensifier l'énergie sonore (ce qui est aussi permis par la forte pression visée). Ce fluide est de l'argon sous une pression absolue comprise entre 1 à 50 bar. Avantageusement, ce fluide est utilisé sous une pression de 20 à 40 bar pour maximiser la pression acoustique (300dB environ) à des niveaux qui ne sont pas accessibles à pression atmosphérique.

[0042] Alors, les dimensions sont les suivantes. L'enceinte 3 a une longueur de 16 cm et un diamètre intérieur de 37 cm. Le dispositif thermo-acoustique 4 occupe un cylindre de diamètre 33 cm et une longueur de 16 cm. Le débit du dispositif thermo-acoustique 4 est de 0,13 m 3 /s. Les échangeurs 10 et 12 de chaleur cylindriques ont pour diamètre 32,7 cm et une longueur de 1 ,2 cm. Ils comprennent des plaquettes parallèles en acier espacées de 1 mm l'une de l'autre avec une porosité de 60%. Le déplacement acoustique dans les échangeurs 10 et 12 est de l'ordre de 1 cm. [0043] Le régénérateur de la pile thermo-acoustique 1 1 est un cylindrique de diamètre 32,7 cm et de longueur 4 cm, réalisé en tissu métallique inox avec une porosité de 0,74%. L'épaisseur de la couche limite thermique à 41 Hz est de 84 μηι.

[0044] La température mesurée entre le premier échangeur 10 et la pile thermo- acoustique 1 1 est de -1 1 C° tandis que la température mesurée entre le second échangeur 12 et la pile thermo-acoustique 1 1 est de 96 °C.

[0045] Le haut-parleur 5 a pour diamètre 5,1 cm. Il a une puissance nominale de 60 W. Sa résistance est de 7,2 ohms. Son inductance est de 0,34 mH. Son facteur de force est de 2,56 N.A . Sa masse mobile est de 1 ,02 e 03 Kg. Sa compliance est de 3,9 e 04 m. NT 1 . Les pertes mécaniques peuvent être de 0,14 N.S.nr 1 . Sa Masse est 0,1 13 Kg. Son encombrement est de 0, 1 L. Le haut-parleur 5 procure un déphasage Pression/ vitesse de - 84° .

[0046] La pression acoustique de la source acoustique 2 est de 2,7.10 5 Pa pour un ratio de 7% avec la pression statique des ondes sonores. La plaque 16 a un diamètre de 32 cm. La course de la plaque 16 est de 5,8 mm, la fréquence de déplacement est de 41 Hz. La puissance frigorifique fournie par ce système thermo-acoustique 1 est de 2500 W. La puissance acoustique est de 1815 W.

[0047] Le dispositif d'entraînement 17 comprend une source d'énergie 18 placée en dehors de l'enceinte 3 et/ ou du logement 15, reliée au mécanisme d'entraînement 19 de la plaque 16 et un système de commande non représenté pour piloter la source d'énergie 18. Le système de commande pilote la source d'énergie 18 qui alimente en énergie le mécanisme d'entraînement 19. Le mécanisme d'entraînement 19 fonctionne de sorte qu'il met en mouvement la plaque 16 afin de produire les ondes recherchées dans l'enceinte 3.

[0048] La plaque 16 rigide devra être en matériau renforcé par des fibres de carbone soit réalisée avec un procédé permettant d'allier légèreté et rigidité. La plaque rigide allie une grande résistance aux pressions ainsi qu'une grande légèreté. En effet, elle est soumise à des pressions de 2,3 tonnes, quasi-équivalent à celles subies par un piston de moteur thermique, mais sans les contraintes thermiques.

[0049] Les figures 2 et suivantes présentent différentes variantes de réalisation d'un système thermo-acoustique 1 avec un dispositif d'entraînement 17 répondant aux conditions ci-dessus. [0050] La figure 2 présente un système thermo-acoustique 1 reprenant les mêmes éléments que ceux de la figure 1 et en détaillant un dispositif d'entraînement 17 selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention.

[0051 ] Le dispositif d'entraînement 17 comprend une source d'énergie 18 qui est un moteur électrique 20 qui met en mouvement le mécanisme d'entraînement 19 de façon indirecte.

[0052] Le mécanisme d'entraînement 19 de la plaque 16 est un vérin annulaire 21 à simple effet. Ainsi du côté du boîtier 6, la plaque 16 est maintenue par une couronne 22 équipée de vérins 23 de poussée. La couronne 22 occupe l'ensemble de la périphérie de la plaque 16. Tandis que du côté du logement 15, la plaque 16 est maintenue sur sa périphérie par des ressorts 24 de rappel. Les vérins 23 de poussée de la couronne 22 sont reliés entre eux par une gorge 25. Le vérin annulaire 21 à simple effet comprend les ressorts 24 et la couronne 22 de vérins 23 de poussée.

[0053] Le moteur électrique 20 alimente une pompe 26 hydro-électrique qui à travers un circuit 27 de distribution, distribue la pression nécessaire pour mettre sous pression les vérins 23 de poussée de la couronne 22.

[0054] Avec la pompe 26 hydro-électrique qui fonctionne en continu, la réserve de Haute Pression 28 alimente la vanne de Haute Pression 29 qui se déverse dans la gorge 25 si la vanne de Haute Pression 29 est ouverte. Les vérins 23 de poussée de la couronne 22 se remplissent. La couronne 22 pousse alors la plaque 16 en direction du fond du logement 15. La plaque 16 translate jusqu'à rencontrer les ressorts 24 de rappel. Une fois les ressorts 24 de rappel sous contrainte maximale, la plaque 16 est dans sa position finale en butée sur ces ressorts 24 et la vanne de Haute Pression 29 se ferme.

[0055] Quand la vanne de Basse Pression 30 s'ouvre, les vérins 23 de poussée de la couronne 22 se vident dans la réserve de Basse Pression 31 en lien avec la pompe 26 hydro-électrique. Les ressorts 24 de rappel se détendent à nouveau en poussant la plaque 16 vers le fond 8 de l'enceinte 3. La plaque 16 translate dans la direction opposée à son premier mouvement décrit, en direction du fond 8 vers sa position initiale. Les ressorts 24 réalisent le rappel de la plaque 16 dans sa position initiale la plus proche du fond 8 de l'enceinte 3. Les vannes 29 et 30 peuvent être des électrovannes ou des distributeurs.

[0056] L'alimentation en pression des vérins 23 de poussées, correctement pilotée permet de réaliser le mouvement de la plaque 16 rigide correspondant à l'acoustique recherchée. Ce mouvement de translation génère des ondes qui se propagent en une seconde dans l'enceinte 3 où elles rentrent en interaction avec le dispositif thermo-acoustique 4 dont l'échangeur chaud 12 est relié au circuit caloporteur chaud du groupe de climatisation et/ou réfrigération du véhicule et dont l'échangeur froid 10 est relié au circuit caloporteur froid du groupe de climatisation et/ou réfrigération du véhicule.

[0057] Dans un mode préférentiel de l'invention pour une fréquence de 41 Hz, il faut une commande par vanne toutes les 25 ms. Ceci revient à une admission 2400 fois/min ce qui est l'ordre de grandeur géré dans le domaine automobile. Si la couronne 22 de vérins 23 de poussée a une surface d'entraînement de 55 cm 3 pour un diamètre de 35 cm pour une largeur de 5 mm, la pression nécessaire est de 41 bar. Chaque déplacement nécessite 32,34 cm 3 de fluide 9, soit un débit nécessaire de 4657 L/h et un compresseur de 12,5 cm 3 à 6250 tr/min.

[0058] En jouant sur la taille de la couronne 22, il est possible d'optimiser le ratio Pression/Débit. Dans ce mode de réalisation, les pressions avoisinent les 1600 bar pour un débit proche de 120 L/h et un vérin de surface 1 ,3 cm 2 .

[0059] Pour une couronne 22 de vérins 23 de poussée sous forme de piston de grande surface, c'est-à-dire de gorge 25 circulaire de 5 mm par exemple sur tout le tour du vérin annulaire 21 de diamètre 33 cm, les pressions restent modérées de l'ordre de 43 bar et les débits importants 4395 L/h. Les pressions et débit de ce mode de réalisation sont dans l'ordre de grandeur de ceux des systèmes hydrauliques de boîtes de vitesses automatiques.

[0060] Pour une couronne 22 de vérins 23 de poussée sous forme de cinq pistons de petite surface avec un diamètre de 6 mm, les pressions sont élevées : de l'ordre de 1627 bar et les débits faibles 1 18 L/h.

[0061 ] Pour une couronne 22 de vérins 23 de poussée sous forme de sept pistons de moyenne surface avec un diamètre de 16 mm, les pressions sont limitées : de l'ordre de 163 bar et les débits modérés 1 175 L/h.

[0062] Le mécanisme d'entraînement 19 comprend tous les éléments compris entre la plaque 16 et une source d'énergie 18. Aussi certains de ces éléments sont extérieurs à l'enceinte 3 et au logement 15, d'autres sont dans l'un(e) et / ou l'autre. [0063] La pompe 26 hydro-électrique a une puissance entre 1 ,5 kW et 10 kW selon qu'elle est alimentée avec une tension de 48 Volts ou toutes les tensions d'un véhicule électrique ou hybrides entre 150 Volts et 1000 Volts. De préférence, la pompe 26 a une puissance entre 2 kW et 4 kW selon qu'elle est alimentée avec une tension de 48 Volts ou 200 Volts.

[0064] La figure 3 présente un système thermo-acoustique 1 tel que présenté précédemment dans la figure 1 avec un mécanisme d'entraînement 19 répondant aux caractéristiques recherchées mais qui diffèrent de celles décrites à l'aide de la figure 2, de par le circuit 27 de distribution entre le vérin annulaire 21 et la source d'énergie 18.

[0065] Dans ce mode de réalisation de la figure 3, le vérin annulaire 21 est à simple effet, il comprend de part et d'autre de la plaque 16 : une couronne 22 de vérins 23 de poussée et des ressorts 24 de rappel. Mais la couronne 22 de vérins 23 de poussée est couplée directement à un piston 32 de mise en pression par un circuit 27 de distribution. Le circuit 27 de distribution est principalement à l'extérieur de l'enceinte 3 et du logement 15. Ce piston 32 de mise en pression est sollicité par une came 33 radiale. Cette came 33 radiale est obtenue à partir des ondulations présentes sur la jante 34 d'une roue 35. La jante 34 de la roue 35 présente des zones surélevées réparties tous les 60° qui culminent de + 5,8 mm par rapport aux zones basses réparties tous les 60°. Cette came 33 radiale agit lorsque la roue 35 est mise en rotation par un moteur électrique 20 d'une puissance entre 2 kW et 4 kW selon une tension de 48 V ou 200 V.

[0066] Un tour de came 33 radiale représente deux mouvements de translation entre les positions extrêmes de la plaque 16. Quand la came 33 radiale tourne à 400 tours par minute, cela représente 2400 mouvements par minute soit une fréquence de 41 Hz. Le rapport d'entraînement recherché entre la came 33 radiale et le moteur électrique 20 est de 1/10, le rapport est réducteur. Le régime du moteur électrique 20 devra être de 8000 tour/min ce qui nécessitera une masse d'inertie pour réguler.

[0067] Le rendement entre la source 18 d'énergie électrique et le mouvement de la plaque 16 serait de l'ordre de 72%, répartis entre le moteur électrique 20 et sa commande à une hauteur comprise entre 0,9% et 0,96%, la réduction à hauteur de 0,96% et la transformation hydraulique à 0,8%.

[0068] La plaque 16 rigide est soumise à des pressions de 2,3 tonnes, quasi-équivalent à celles subies par un piston de moteur thermique. Ces pressions dimensionnent également les vérins 23 de poussée et les ressorts 24 qui entraînent la plaque 16 car ils subissent des pics de 400 kg. [0069] Les pressions pour six vérins 23 de poussée de 1 cm de diamètre sont donc de 400 bar.

[0070] Pour la source hydraulique, il est possible d'amplifier la pression et la différence entre les zones basses et surélevées de la came 33 radiale. Le coût de réalisation est peu élevé dans le cadre de la production de grande série donc concurrentiel.

[0071 ] La figure 4 présente un autre mode de réalisation préférentiel du mécanisme d'entraînement 19 du système thermo-acoustique 1 de la figure 1 . Le mécanisme d'entraînement 19 produit un mouvement oscillant par un entraînement direct d'une source d'énergie 18 tel qu'un moteur électrique 20. [0072] La plaque 16 est maintenue du côté du fond du logement 15 par six ressorts 24 de rappel répartis uniformément et du côté du boîtier 6 par un mécanisme d'entraînement 19 comprenant autant de billes 36 de poussée que de ressorts 24 de rappel soit six billes 36 de poussée. Les billes 36 de poussée sont au contact d'un anneau 37. L'anneau 37 est coaxial à la plaque 16 grâce à des roulements 38 de maintien répartis régulièrement entre la périphérie extérieure de l'anneau 37 et l'intérieur du logement 15.

[0073] Une première face de l'anneau 37 sert de came axiale 39 poussant les billes 36 selon une direction axiale parallèle à l'axe du boîtier 6 vers l'ouverture 7, et la seconde face 40 opposée à la première face 39, est dentée pour être entraînée par un engrenage 41 à l'extrémité d'un moteur électrique 20. Le moteur électrique 20 a une puissance comprise entre 1 ,5 kW et 10 kW selon qu'il est alimenté avec une tension de 48 Volts ou toutes les tensions d'un véhicule électrique ou hybrides entre 150 Volts et 1000 Volts. De préférence, le moteur électrique 20 a une puissance entre 2 kW et 4 kW selon qu'il est alimenté avec une tension de 48 Volts ou 200 Volts. La came axiale 39 est composée d'une alternance curviligne de creux et de surélévations. Tous les 30° , il y a un creux suivi d'une surélévation. Le sommet d'une surélévation culmine à + 5,8 mm par rapport au point le plus bas d'un creux. Quand le moteur électrique 20 fonctionne, il fait tourner l'engrenage 41 qui s'engrène sur les dents de la face dentée 40 de l'anneau 37, le faisant tourner.

[0074] La face servant de came axiale 39 tourne alors simultanément et les surélévations viennent en appui des billes 36 de poussée. Ces billes 36 contraignent la plaque 16 mobile à se mouvoir vers contre les ressorts 24, et ce jusqu'à ce que la pression se relâche par le trajet de la zone surélevée de la couronne 22 en mouvement et l'arrivée de la zone basse en face de la bille 35 de poussée. N'ayant plus de poussée, les ressorts 24 de rappel jusque- là compressés par la plaque 16 lors de sa translation vers le fond du logement 15, se détendent et remettent la plaque 16 dans sa position initiale vers le fond 8 du boîtier 6.

[0075] Dans un mode préférentiel, à chaque tour de l'anneau 37, il y a six mouvements de translation entre les positions extrêmes de la plaque 16, soit avec un régime de 400 tours par minute, il y a 2400 mouvements ce qui équivaut à un mouvement à une fréquence de 41 Hz.

[0076] Nous choisissons un rapport d'entraînement courroie / pignon de 1/20 soit un régime moteur de 8000 tours par minute pour une couronne 22 de 33 cm de diamètre et un pignon de 1 , 6 cm de diamètre. [0077] Nous choisissons un capteur d'angle moteur avec une précision de 5° d'angle pour avoir un déphasage de +/- 1 ,6° maximum pour piloterle haut-parleur 5.

[0078] Un capteur angulaire de type Point Mort Haut sur l'anneau 37 est à prévoir également pour vérifier la bonne fréquence et piloter en conséquence le moteur électrique 20. [0079] Le rendement entre la source 18 d'énergie électrique et le mouvement de la plaque 16 est de l'ordre de 81 % qui se répartissent entre le moteur électrique 20 et sa commande à hauteur de 0,9% à 0,96% et le mouvement linéaire à hauteur de 0,9% à 0, 96%.

[0080] Le coût de réalisation est un peu élevé car les engrenages à dents sont complexes pour limiter les vibrations mais reste concurrentiel dans le cadre de grande série de production.

[0081 ] La plaque 16 rigide devra être en matériau renforcé par des fibres de carbone ou réalisée avec des matériaux lui permettant d'assurer la rigidité nécessaire tout en garantissant sa légèreté face à des pressions maximum de 2,3 tonnes l'équivalent à peu près de la pression subie par un piston-moteur, sans les contraintes thermiques. Cela dimensionne également les poussoirs et ressorts 24 qui animeront la plaque 16 avec un maximum à 400 kg.

[0082] La figure 5 présente un ensemble 42 thermo-acoustique avec deux systèmes thermo-acoustiques 1 coaxiaux qui partagent la même source 2 d'ondes sonores. Les éléments du second système thermo-acoustique 1 seront désignés avec la même référence que dans les précédents paragraphes avec le suffixe «.2 », à l'exception de ceux communs avec le premier système thermo-acoustique 1 . [0083] Le second résonateur est positionné de façon symétrique au premier résonateur par rapport à la source 2 d'ondes sonores. Le second dispositif thermo-acoustique 4.2 est implanté dans la seconde enceinte 3.2 de sorte que les dispositifs 4 et 4.2 sont disposés de façon symétrique par rapport à la plaque 16. La seconde enceinte 3.2 contient le même fluide 9 que la première enceinte 3, de façon préférentielle de l'argon. Les concavités des membranes 14 et 14.2 des haut-parleurs 5 et 5.2 chargés de déphaser les ondes sonores émises par la plaque 16 dans les deux résonateurs, sont opposées l'une par rapport à l'autre. Les échangeurs 10.2 et 12.2 du second dispositif thermo-acoustique 4.2 sont également reliés aux circuits caloporteurs 13 du groupe de climatisation et/ou réfrigération. [0084] La source 2 d'ondes sonores est commune aux deux systèmes thermo-acoustiques 1 et 1 .2 séparés hermétiquement par le logement 15 contenant la plaque 16. Le dispositif d'entraînement 17 rendant la plaque 16 mobile est majoritairement extérieur aux enceintes 3 et 3.2 et au logement 15.

[0085] Le mouvement de translation de la plaque 16 dans la direction axiale de l'ensemble 42, génère des ondes acoustiques dans chacun des résonateurs simultanément. Les échangeurs 10.2 et 12.2 du second système thermo-acoustique 1 .2 produisent des quantités équivalentes de chaleur qui alimentent via les circuits caloporteurs 13, le groupe de climatisation et/ou réfrigération. L'ensemble 42 thermo-acoustique ainsi constitué permet de cumuler la production de chaleur des deux systèmes thermo-acoustiques 1 et 1 .2 à partir d'une même source 2 d'ondes sonores, de doubler la quantité de chaleur produite pour une consommation d'énergie quasi-équivalente à un système thermo-acoustique 1 seul.

[0086] Ainsi l'ensemble 42 thermo-acoustique avec double système thermo-acoustique 1 de puissance frigorifique de 2,5 kW chacun, permet d'atteindre une puissance frigorifique de 5 kW ce qui est suffisant pour le bon fonctionnement d'un groupe de climatisation et/ou réfrigération d'un véhicule automobile.

[0087] La figure 6 présente une implantation préférentielle d'un ensemble 42 thermoacoustique avec un double système thermo-acoustique 1 selon l'invention alimenté par le réseau électrique 43 de tension 48 Volts d'un véhicule 44.

[0088] Le véhicule 44 présente à l'avant un compartiment moteur 45 sous le capot d'un groupe motopropulseur 46 associé au bloc 47 comprenant l'onduleur 48 et la machine électrique 49 de traction du véhicule 44 d'un côté du véhicule 44 et de l'autre une batterie 50 de tension 12 Volts, et à l'arrière un stockeur 51 de tension 48 Volts et un convertisseur 52 DC/DC. Le convertisseur 52 est relié à la batterie 50 par un réseau de bord électrique 53 de tension 12 Volts et au stockeur 51 sur le réseau électrique 43 de la machine électrique 49. Le stockeur 51 est relié à l'onduleur 48 par le réseau électrique 43 de tension 48 Volts. Le stockeur 51 et le convertisseur 52 sont implantés dans la partie arrière 54 du véhicule 44. [0089] L'ensemble 42 thermo-acoustique est implanté également dans le compartiment moteur 45 à l'avant du véhicule 44. Les boîtiers 6 et 6.2 et le logement 15 de l'ensemble 42 thermo-acoustique sont orientés longitudinalement par rapport au véhicule 44, tout comme la partie du dispositif d'entraînement 17 à l'extérieur du logement 15. Les boîtiers 6 et 6.2 et le logement 15 sont à proximité de la batterie 50 de tension 12 volts. Mais le dispositif d'entraînement 17 est alimenté par le réseau électrique 43 de tension 48 Volts via l'onduleur 48. Le plancher du véhicule 44 présentent des traversées 55 de plancher à l'arrière pour permettre le cheminement des réseaux électriques 43 et 53 entre la partie arrière 54 et le compartiment moteur 45.

[0090] Les interfaces avec les circuits caloporteurs 13 ne sont pas représentées sur cette figure.

[0091 ] La figure 7 présente une autre implantation préférentielle d'un ensemble 42 thermoacoustique à double système thermo-acoustique 1 dans un véhicule 44 tel que décrit à la figure 6.

[0092] L'ensemble 42 thermo-acoustique est implanté dans la partie arrière 54 du véhicule 44 entre le stockeur 51 et la carrosserie 56, de sorte que l'axe des boîtiers 6 et 6.2 et du logement 15 soit parallèle à la direction longitudinale du véhicule 44. La partie du dispositif d'entraînement 17 extérieure au logement 15 est légèrement déportée vers l'avant du véhicule 44 par rapport aux boîtiers 6 et 6.2 et au logement 15. La source d'énergie 18 du dispositif d'entraînement 17 est relié au stockeur 51 par le réseau électrique 43 de tension 48 Volts qui traverse le plancher du véhicule 44 via des traversées 55 de plancher.

[0093] Le volume hors échangeurs externes a des dimensions inférieures à 25 cm x 25 cm x 40 cm. La masse de l'ensemble 42 est inférieure à 7 kg qui est la masse des éléments d'un climatiseur fournissant habituellement la prestation attendue pour un véhicule.

[0094] La figure 8 présente les interfaces calorifiques d'un ensemble 42 thermo- acoustique avec double système thermo-acoustique 1 selon le mode de réalisation de la figure 4 dans un véhicule 44 tel que décrit à la figure 7. [0095] L'ensemble 42 thermo-acoustique est implanté à l'avant du véhicule 44 près de la batterie 50 de tension 12 V, l'axe longitudinal des boîtiers 6 et 6.2 et du logement 15 est orienté selon la direction longitudinale du véhicule 44. Les échangeurs 10 et 12 du premier dispositif thermo-acoustique 4 le plus vers l'avant du véhicule 44, sont reliés aux circuits caloporteurs 13 de l'échangeur thermique 56 de la façade avant du véhicule 44. Les échangeurs 10.2 et 12.2 du second dispositif thermo-acoustique 4.2 le plus proche de l'arrière du véhicule 44 sont reliés par les circuits caloporteurs 13.2 aux échangeurs 57 du groupe de climatisation. La source 18 d'énergie électrique n'est pas représentée, ni son alimentation énergétique. [0096] En variante de l'invention, l'ensemble 42 thermo-acoustique à double système thermo-acoustique 1 peut avoir des fluides 9 et 9.2 identiques ou différents dans les deux résonateurs, enceintes 3 et 3.2.

[0097] En variante, dans un système thermo-acoustique 1 avec une pompe 26 électrohydraulique, le vérin annulaire 21 pourrait être à double effet c'est-à-dire avec une couronne 22 de vérins 23 de poussée à double effet pour remplacer les vérins 23 de poussée à simple effet et les ressorts 24 de rappels.

[0098] En variante de l'invention, dans un système thermo-acoustique 1 avec une pompe 26 électrohydraulique, la pompe 26 a une puissance entre 1 ,5 kW et 10 kW selon qu'elle est alimentée avec une tension de 48 Volts ou toutes les tensions d'un véhicule électrique ou hybrides entre 150 Volts et 1000 Volts. De préférence, la pompe 26 a une puissance entre 2 kW et 4 kW selon qu'elle est alimentée soit sur un réseau électrique 43 de tension 48 V ou 200 V.

[0099] En variante de l'invention, il est possible de remplacer le haut-parleur 5 servant de déphaseur 5 par une paroi mobile. Il est possible de remplacer par cette paroi mobile en lieu et place du fond 8 du boîtier 6. Il est possible d'avoir un ensemble 42 thermo-acoustique avec deux systèmes thermo-acoustiques 1 et 1 .2 qui partagent des éléments des déphaseurs comprenant une paroi mobile.

[00100] En variante, la plage de fréquence des oscillations de la plaque 16 est comprise entre 1 Hz et 100 Hz. [00101 ] En variante, l'ensemble thermo-acoustique 42 pourrait alimenter un groupe de climatisation et / ou réfrigération et un autre équipement via les seconds circuits caloporteurs. [00102] En variante du mode de réalisation de la figure 2 avec un véhicule à moteur thermique 44, les vannes des réserves de pression du circuit du système d'injection directe à rampe commune pourraient être mis en commun avec les vannes 29 et 30 des réserves de pression du mécanisme d'entraînement 19. [00103] L'invention présente un système thermo-acoustique 1 dont le volume hors échangeur thermique extérieur, est inférieur à celui d'une climatisation classique (25x25x40 cm 3 ) et une glacière (5x20x20 cm 3 ). Le poids est inférieur à 7 kg correspondant à la masse d'une climatisation classique (7 à 8 kg).

[00104] L'invention propose ainsi un système thermo-acoustique 1 offrant de multiples avantages. L'invention décrite permet de réaliser une source acoustique 2 de très forte puissance sans les contraintes masses et coût des systèmes électromécaniques de type haut-parleur utilisé en source 2 d'ondes sonores. L'invention permet de réaliser un mouvement de translation, oscillatoire à fréquence fixe de l'ordre de la dizaine de Hz d'une plaque 16 rigide sur une course de quelques millimètres. Ce mouvement génère des ondes de pression de plusieurs centaines de milliers de Pascal. L'invention génère ce mouvement oscillatoire par un mécanisme avec un entraînement direct de type rotatif avec un moteur électrique 20, ou indirect à partir d'électropompe hydraulique 26. Ces systèmes thermoacoustiques 1 peuvent ne pas être uniquement dédiés à la climatisation et comprendre des éléments du dispositif d'entraînement 17 qui peuvent être mutualisés avec d'autres fonctions dans le véhicule 44 ce qui permet de limiter le coût tout en améliorant l'efficacité.

[00105] Il est ainsi possible d'avoir un système thermo-acoustique 1 avec une architecture compacte facile à implanter dans le véhicule 44, d'une masse très inférieure à l'existant ce qui réduit la consommation du véhicule 44, et avec un prix moindre. Le fluide 9 de travail est facile à se procurer et moins nocif pour l'environnement que les fluides lesplus couramment dans la climatisation/ réfrigération. Ces sources acoustiques sont les seules utilisées pour de très fortes puissances supérieures à un ordre de grandeur de 1 kW sans les contraintes de masses et de coût de systèmes électromécaniques de type haut-parleur 5.