<Desc/Clms Page number 1>
Dispositif de dégivrage d'un séparateur d'eau disposé dans un conduit amenant de l'air de refroidissement à un compartiment La présente invention se rapporte à un dispositif de dégivrage d'un séparateur d'eau disposé dans un conduit amenant de l'air de refroidissement à un compartiment, tel que par exemple celui de la cabine d'un aéronef.
Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé par des moyens pour régler l'admission d'air chauffé au séparateur d'eau, ces moyens étant sensibles à une variation de la chute de pression dans une partie du séparateur, par suite du givrage de celui-ci.
La figure unique du dessin annexé représente schématiquement l'agencement d'une installation de conditionnement d'air pour aéroplane équipée d'une forme d'exécution du dispositif de dégivrage suivant l'invention.
La conception d'une installation de conditionnement d'air destiné aux aéronefs actuels amène à considérer plusieurs facteurs qui varient suivant les changements des conditions de vol et qui déterminent les conditions imposées au système. Par exemple, au cours de manoeuvres au sol ou de vols à faible altitude, on peut demander au système de fournir un courant d'air de refroidissement à la cabine de pilotage ou poste de commande de l'aéronef, afin de placer ses occupants dans des conditions confortables. Aux altitudes moyennes, on peut demander au système de fournir un courant d'air chaud, tandis qu'aux vitesses élevées à haute altitude, on demandera probablement au système de fournir de l'air froid.
Jusqu'à présent, divers systèmes ont été mis au point pour utiliser une source d'air comprimé, par exemple par prélèvement à partir du compresseur d'une turbine et pour fournir de l'air aux diverses températures qu'on doit maintenir pour assurer dans la cabine des conditions de confort. Dans des systèmes de ce genre, on refroidit une partie de l'air comprimé très chaud en utilisant des moyens classiques pour assurer l'alimentation de la cabine en air froid et on utilise une autre partie pour alimenter une source d'air très chaud. Les alimentations en air chaud et en air froid sont mélangées dans des proportions variables et sont amenées à la cabine ou poste de commande afin d'amener l'air de la cabine à la température désirée.
On peut également réaliser ces systèmes de manière que, suivant des dispositions classiques, une pression prédéterminée soit maintenue dans la cabine. Etant donné que la présente invention se rapporte surtout à des perfectionnements apportés au système de contrôle de la température de l'air, le contrôle de la pression sera seulement mentionné brièvement.
On peut décrire succinctement l'invention comme un ensemble de perfectionnements apportés au contrôle de la teneur en eau ou en humidité de l'air envoyé dans un compartiment d'aéroplane. On a constaté que, dans certaines conditions, l'air envoyé à un compartiment d'aéroplane contient suffisamment d'humidité pour provoquer la formation de brouillard, de pluie ou de neige à l'intérieur de ce compartiment.
Afin d'éliminer cette possibilité, on introduit un séparateur d'eau dans le conduit de décharge d'air froid de la turbine de refroidissement,
<Desc/Clms Page number 2>
afin d'enlever l'humidité libre de l'air refroidi, ce qui réduit suffisamment les teneurs en humidité du mélange d'air fourni à la cabine pour que le point de rosée de ce mélange soit inférieur à la température de la cabine. Etant donné que l'aptitude de l'air à retenir l'humidité est proportionnelle à sa température, l'air qui se trouve à la température de sortie de la turbine (température qui est considérablement inférieure à la température ambiante) est au moins dans certaines conditions. de fonctionnement, dans un état de sursaturation.
En enlevant à cet air refroidi son humidité libre, bien que son humidité relative ne soit pas réduite en dessous de 100 %, le mélange de cet air froid et de l'air chaud amené au compartiment aura, du fait que sa température est supérieure à celle de l'air froid, une humidité relative inférieure à 100 % et on évite ainsi la formation de brouillard.
L'installation représentée sur le dessin comprend une source d'air comprimé qui peut être constituée par un compresseur 10 d'un moteur à réaction ou d'une turbine. De l'air très chaud provenant de ce compresseur 10 est amené, par l'intermédiaire d'une canalisation 12 et de deux canalisations parallèles 14 et 16,à un conduit d'admission 18 de la cabine 20.
L'air refoulé du compresseur 10 dans la canalisation 16 est refroidi de manière à constituer l'alimentation en air froid mentionnée précédemment et destinée à la cabine 20, tandis que l'air refoulé dans la canalisation 14 ne traverse pas le système de refroidissement qu'il contourne et il constitue l'alimentation d'air très chaud destinée à la cabine et mélangée à l'alimentation en air froid, de manière à assurer une température prédéterminée.
En ce qui concerne particulièrement l'alimentation en air froid, on remarque que l'air se trouvant dans la canalisation 16 traverse un échangeur de chaleur 22, de manière à abandonner une majeure partie de sa chaleur et il passe ensuite par un conduit 24 afin d'entrainer une turbine 26 qui prélève de l'énergie à l'air qui la traverse et, ce faisant, abaisse plus encore la température de l'air. L'air refroidi est amené de la turbine 26 à un conduit 50, puis par un séparateur d'eau 52, il est amené au conduit 18 d'admission à la cabine. L'air de refroidissement destiné à l'échangeur de chaleur est introduit par une canalisation 28 qui peut être alimentée en air sous pression dynamique.
Après son passage à travers l'échangeur de chaleur 22, l'air de refroidissement traverse un conduit 30 et un ventilateur 32 entraîné par la turbine 26, et il est ensuite évacué à l'extérieur par un conduit 39. Le ventilateur 32 constitue une charge pour la turbine 26 en permettant à celle-ci d'extraire de l'énergie de l'air qui la traverse.
L'alimentation en air très chaud traversant la canalisation de dérivation 14 est contrôlée par une soupape 34. Cet air traverse ensuite un conduit 36 pour gagner le conduit 18 d'admission d'air de la cabine. L'air très chaud, qui provient du conduit 36, et l'air froid, qui provient du séparateur d'eau 52, se mélangent dans le conduit 18 d'admission d'air de la cabine 20 avant leur introduction dans celle-ci. Les proportions du mélange sont contrôlées par le mécanisme à soupape 34 qui fonctionne automatiquement, sous le contrôle d'un dispositif 40 sensible à la température situé à l'intérieur de la cabine 20.
On a décrit l'appareil sans considérer les conditions imposées par la pression aux diverses altitudes, ni les conditions variables relatives aux manoeuvres effectuées en vol. Pour des raisons de simplicité, on peut supporter que le système envoie de l'air à la cabine sous une pression suffisante pour toutes les conditions de vol et une soupape 38 de ventilation ou de détente destinée à la cabine et sensible à la pression, est agencée de manière à maintenir la pression régnant dans la cabine à une valeur désirée ou choisie.
Le séparateur d'eau représenté schématiquement au dessin comprend un dispositif de coalescence ou premier écran 66, et un dispositif collecteur ou second écran 70 montés en série dans le conduit d'air 50, 51 et comportant une soupape 76 qui peut être actionnée par la pression ambiante et qui est prévue dans un conduit de dérivation ou de by-pass 74 contournant le séparateur d'eau.
Dans certaines conditions de fonctionnement, l'air déchargé de la turbine 26 se trouve en dessous de la température de congélation. A ces températures, l'eau, la neige ou les particules de glace venant frapper le dispositif de coalescence 66 peuvent se congeler et avoir tendance à l'obstruer et à empêcher l'air de le traverser.
Lorsqu'il se trouve étranglé ou obstrué, le dispositif de coalescence 66 du séparateur d'eau 52 provoque une augmentation de la chute de pression dans le dispositif de coalescence. Cette chute de pression est utilisée par le mécanisme qui va être décrit et qui sert à soutirer de l'air très chaud du compresseur 10 pour l'introduire directement dans l'orifice de sortie de la turbine 26 afin d'élever ainsi la température de l'air pénétrant dans le séparateur d'eau, de manière à y faire cesser l'accumulation de glace ou de neige ou encore de provoquer la fusion de celles-ci.
Etant donné que le séparateur d'eau est soumis à des variations de débit par suite de variations de la pression d'admission et de la pression de sortie, ou de ces deux pressions à la fois, ces variations produisant à elles seules une variation de la chute de pression dans le dispositif de coalescence 66, il est nécessaire de prévoir un mécanisme qui ne soit sensible qu'aux seules variations de la chute de pression dues au givrage et à l'obstruction du dispositif de coalescence.
A cet effet, on utilise ce qu'on pourrait appeler un pont de Wheatstone , la chute de pression dans le dispositif de coalescence 66 formant l'une des branches de ce pont et la chute de pression dans le collecteur 70 en formant l'autre branche, forment ainsi un des côtés de ce pont. L'autre côté du pont
<Desc/Clms Page number 3>
est une dérivation du séparateur d'eau et elle comporte, d'une part, un étranglement 78 situé dans une partie de la canalisation formant la troisième branche du pont de Wheatstone et, d'autre part, un étranglement variable 80 situé dans une autre partie de la canalisation qui constitue la quatrième branche du pont . Comme représenté au dessin, les trajets parallèles comportent une résistance variable disposée sur l'un des trajets,
de sorte qu'il est possible d'égaliser les pression P2 et P4 aux points médians 82 et 84 de ces trajets. Toute variation de débit provoquée par une variation de la pression P1 régnant dans la canalisation 50 et de la pression P3 régnant dans la canalisation 18, fait varier de manière égale les deux pressions P2 et P4, de sorte que ces pressions demeurent égales, c'est-à-dire que l'étranglement possède un paramètre de fonctionnement similaire à celui de l'écran de coalescence 66 (situé en amont) du séparateur. Toutefois, si la chute de pression dans le dispositif de coalescence 66 se modifie sans entraîner une modification proportionnelle de la chute de pression dans le collecteur 70, les pressions PZ et P4 cessent alors d'être égales.
C'est cette variation de pression qu'on utilise pour contrôler l'introduction d'air chaud dans le conduit de sortie de la turbine.
La partie 82 de la canalisation traversant le séparateur d'eau communique avec l'un des côtés d'un diaphragme 86 sensible à la pression, dont l'autre côté communique avec la partie médiane 84 de la dérivation étranglée contournant le séparateur d'eau. Des ressorts 88 et 90 assurent le centrage du diaphragme 86. Ce diaphragme 86 contrôle une soupape 92 réglant le débit de sortie d'un ajutage 94 situé dans une canalisation 96 comportant un étranglement 98. Par conséquent, la soupape 92 commande la pression régnant dans une chambre 100 raccordée à la canalisation 96 entre l'ajutage 94 et l'étranglement 98.
Un diaphragme 102, fermant l'un des côtés de la chambre 100, est réuni d'une part à la soupape 80 contrôlant l'étranglement de section variable ménagé dans la dérivation contournant le séparateur d'eau et, d'autre part, à une soupape 104 contrôlant la canalisation raccordant le conduit 12 d'air très chaud provenant du compresseur à la canalisation de décharge 50 de la turbine. Lorsque les pressions P2 et P4 sont égales, la soupape 92 est ouverte et la soupape 104 est fermée et la soupape 80 occupe une position telle qu'elle rend la pression P4 égale à la pression P2, ce qu'on obtient en réglant la position de la soupape 80 à l'aide d'un dispositif de réglage non représenté.
Au fur et à mesure que le givrage du dispositif de coalescence 66 s'accentue et que la chute de pression dans ce dispositif augmente, la pression P2 devient inférieur à la pression P4. Il s'ensuit que le diaphragme 86 se déplace vers le haut pour fermer la soupape 92 et augmenter la pression qui règne dans la chambre 100, ce qui ferme la soupape 80 et augmente la réduction de l'étranglement de la soupape en tendant à équilibrer de nouveau les pressions P2 et P4. Toutefois, l'équilibre des pressions P2 et P4 ouvrirait à nouveau la soupape 92 et ramènerait la soupape 80 dans sa position d'origine.
Avant que la soupape 80 puisse s'ouvrir jusqu'à cette position, la différence de pression entre P2 et P4 aurait à nouveau tendance à fermer la soupape, de telle sorte qu'une position intermédiaire est atteinte lorsque les pressions P2 et P4 ne sont pas tout à fait égales et que la chute de pression qui se produit à travers la soupape 80 est légèrement supérieure à la chute de pression qui se produit dans le dispositif de coales- cence 66 gelé, de sorte que la soupape 104 demeure ouverte pour fournir de l'air très chaud à la canalisation 50 tant que le dispositif de coalescence est obstrué par la glace. Aussitôt que le dispositif de coalescence est débloqué, la pression P2 est rétablie, la soupape 92 s'ouvre et la soupape 80 se trouve ainsi ouverte de manière à rétablir la pression P4.
De cette manière, l'addition d'air très chaud assurant le dégivrage ne se produit que lorsque le dispositif de coalescence est obstrué et il n'entre pas d'air très chaud dans le séparateur d'eau lorsqu'il n'est pas nécessaire de chauffer à cet endroit.
En fonctionnement réel, au fur et à mesure que le dispositif de coalescence 66 se trouve partiellement obstrué par la formation de givre ou de glace, il s'établit entre les points 82 et 84 une différence de pression qui actionne les soupapes 80 et 104 de manière à introduire de l'air très chaud.
Toutefois, le système est réglé de telle sorte que cette introduction d'air chaud ne se produit pas, en général, d'une manière périodique, mais le système fournit suffisamment d'air très chaud pour arrêter l'action de givrage et parvenir à une position d'équilibre dans laquelle le dispositif de coalescence peut être partiellement obstrué et de l'air très chaud est continuellement introduit, afin d'empêcher toute aggravation de l'obstruction. Il existe alors entre les pressions P2 et P4 s'exerçant respectivement aux points 82 et 84, une différence suffisante pour amener continuellement la quantité d'air très chaud nécessaire pour maintenir l'équilibre, cette quantité d'air chaud étant réglée en proportion de l'importance du givrage.
Bien entendu, au fur et à mesure que les conditions ayant créé le givrage disparaissent, ce qui peut provenir d'une réduction de la teneur en humidité de l'air ou d'une augmentation de la température de sortie de la turbine, le dispositif de coalescence peut se débloquer complètement et les pressions P2 et P4 se trouver à nouveau égalisées.