CH339500A - Installation de conditionnement d'air d'un aéronef - Google Patents

Description

  Installation de conditionnement d'air d'un aéronef    La présente invention se rapporte à une installa  tion de conditionnement d'air d'un aéronef, com  prenant un séparateur de l'eau servant à la sépara  tion d'eau d'un courant d'air dirigé à travers une  conduite d'alimentation, vers un point de réunion  avec au moins un autre courant d'air, ce séparateur  étant susceptible d'être obstrué lorsque l'eau séparée  gèle et de provoquer dans ces conditions une aug  mentation de la pression de la température de l'air à  l'entrée du séparateur.  



  Suivant l'invention, cette installation est carac  térisée par un conduit de dérivation qui contourne  ledit séparateur et dans lequel est déposée une sou  pape, et par des moyens sensibles à la pression d'air  régnant au voisinage de l'entrée du séparateur et  maintenant normalement cette soupape à l'état  fermé, mais provoquant son ouverture par suite d'une  augmentation prédéterminée de la pression de l'air  à l'entrée dudit séparateur, ladite soupape de déri  vation étant ajustée de façon que la température  de l'air reste au-dessus du point de congélation  lorsque cette pression augmentée est atteinte en  même temps qu'une teneur en humidité inférieure  à une teneur prédéterminée, mais augmente     au-          dessus    du point de congélation, de façon à dégeler  le séparateur d'eau,

   avec une teneur en humidité  supérieure à la teneur en humidité prédéterminée.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution de l'objet de     l'invention.     La     fig.    1 en est une vue schématique représen  tant son agencement général.  



  La     fig.    2 est une vue schématique du séparateur  d'eau et d'une soupape de dérivation associée à son    mécanisme actionnant le dispositif de réglage de  pression.  



  La     fig.    3 est un graphique sur lequel une courbe  représente     l'effet    de l'humidité spécifique de l'air  refroidi sur sa température finale.  



  La     conception    des     dispositifs    ou installations de  conditionnement d'air des aéronefs actuels implique  la prise en     considération    de divers facteurs qui va  rient avec les conditions de vol et qui déterminent  les exigences du dispositif. Par exemple, pendant un  fonctionnement au sol et un vol à faible altitude,  on peut exiger du     dispostitif    l'envoi d'un courant  d'air de refroidissement à la cabine ou     carlingue     de l'aéronef pour assurer des conditions de confort  à ses occupants.

   Pour des altitudes moyennes, on  peut exiger du système l'envoi d'un courant d'air  chaud et pendant des vols à grande altitude à     vitesse     élevée,     il    est probable qu'on exigera du dispositif  l'envoi d'un courant d'air froid.  



  Jusqu'ici, on a mis au point divers dispositifs  pour utiliser une source d'air comprimé, par exemple  de l'air prélevé du compresseur d'une turbine, et  pour envoyer l'air aux diverses températures néces  saires au confort des occupants de la     cabine.    Dans  ces dispositifs, on refroidit au moyen d'agencements  classiques une partie de l'air très chaud     comprimé     pour assurer un envoi d'air froid à la cabine, et l'on  utilise une partie de l'air très chaud comprimé  pour assurer un envoi d'air très chaud. On mé  lange l'air froid et l'air très chaud en proportions  variables et on les envoie à la cabine ou car  lingue pour y     obtenir    la température d'air désirée.

        On peut également adapter ces dispositifs, con  formément à des pratiques classiques, pour main  tenir dans la cabine une pression choisie.     Etant     donné que la présente invention concerne principa  lement des perfectionnements apportés à un dispo  sitif de réglage de la température de l'air, on ne fera  que de brèves allusions au dispositif de     réglage    de  la pression.  



  On a constaté que, dans certaines conditions, la  teneur en humidité de l'air envoyé au comparti  ment d'un aéronef est suffisante pour provoquer de  la pluie ou de la neige dans ce compartiment. Afin  de supprimer ce phénomène, on dispose un sépara  teur d'eau dans le conduit de décharge d'air froid  de la turbine de refroidissement pour enlever l'hu  midité de l'air refroidi, ce qui réduit les teneurs en  humidité de l'air mélangé envoyé à la cabine, à un  degré tel que le point de rosée devient inférieur à  la température de la cabine. Du fait que l'aptitude  de l'air à maintenir ses teneurs en humidité est pro  portionnelle à sa température, l'air à la température  de décharge de la turbine, qui est très inférieure à  la température ambiante, est, au moins pour cer  taines conditions de fonctionnement, dans un état  de sursaturation.

   Grâce à l'enlèvement de l'humi  dité en excès de cet air refroidi     (bien    que son hu  midité relative ne soit pas réduite en dessous de       100%),        la        teneur        en        humidité        relative        du        mélange     de cet air froid et de l'air chaud envoyé au compar  timent de l'aéronef sera (du fait que la température  du mélange est supérieure à     celle    de l'air froid) in  férieure à 100     Q/o,    et l'on empêche ainsi la création  d'un brouillard.  



  Sur le dessin, on a représenté pour illustrer l'in  vention un mode     particulier    mais non limitatif de  réalisation     comportant    une source d'air comprimé  qui peut être le compresseur 10 d'un moteur (ou  d'une turbine) à réaction. L'air très chaud sortant  de ce compresseur est envoyé à un conduit 18     d7ad-          mission    à la     cabine    par l'intermédiaire d'une cana  lisation 12 et de deux canalisations parallèles 14 et  16.

   On refroidit l'air refoulé par le compresseur 10  dans la canalisation 16, pour assurer l'envoi précité  d'air froid destiné à un compartiment ou cabine  20, et l'air qui     sort    de la canalisation 14 contourne  le dispositif de refroidissement et fournit l'alimen  tation d'air très chaud qui est destiné à la cabine et  qui est mélangé avec l'alimentation d'air froid  pour assurer un envoi d'air ayant une température  choisie.  



  En ce qui concerne particulièrement l'alimen  tation d'air froid, on remarquera que l'air de la ca  nalisation 16 passe par un échangeur de chaleur 22  pour y abandonner la majeure partie de sa chaleur  et qu'il passe ensuite par un conduit 24 pour en  traîner une turbine 26 qui soustrait de l'énergie  à l'air déplacé et, ce faisant, réduit encore la tem  pérature de cet air. L'air refroidi est envoyé de  la turbine 26 à un conduit 50, il passe par un sé  parateur d'eau 52 et parvient au conduit 18 d'ad-    mission à la cabine. L'air de refroidissement destiné  à l'échangeur de chaleur est amené par une canali  sation 28 qui peut être alimentée en air sous pres  sion dynamique.

   Après son passage par l'échangeur  de chaleur 22, l'air de refroidissement passe par un  conduit 30 et un ventilateur 32, entraîné par la  turbine 26, et il en sort par un conduit 35 qui  l'évacue à l'atmosphère. Le ventilateur 32 cons  titue une charge pour la turbine 26, ce qui permet  à celle-ci de soustraire de l'énergie à l'air qui la  traverse.  



  L'alimentation en air très chaud passant par la  canalisation de dérivation 14 est     réglée    par une  soupape asservie 35 à partir de laquelle l'air est  amené par un conduit 36 au conduit 18 d'admission  d'air à la cabine. L'air très chaud provenant du  conduit 36 et l'air froid provenant du séparateur  d'eau 52 sont mélangés dans le conduit 18 d'admis  sion d'air à la cabine avant d'être introduits dans  celle-ci. Les proportions du mélange sont réglées  par le mécanisme de soupape 35 qui entre auto  matiquement en action en réponse à un dispositif 40  sensible à la température placé dans la cabine 20.  



  Dans ce qui précède, on n'a pas tenu compte  des exigences de pression à diverses altitudes et  dans des conditions variables de fonctionnement en  vol. Dans un but de simplicité, on peut supposer que  ce dispositif envoie l'air à la cabine sous une pres  sion suffisante pour toutes les conditions de vol et  l'on a prévu     une    soupape de détente ou de ventila  tion 38, sensible à la pression et destinée à la ca  bine, qui est disposée de manière à maintenir la  pression de la cabine à une valeur désirée ou choisie.  



  Le séparateur d'eau, représenté schématique  ment sur la     fig.    2, comporte une     enceinte    de     coales-          cence    66 et un collecteur 70 raccordés en série dans  des conduits 50 et 51 et munis d'une soupape  76 disposée dans un conduit de dérivation 74 qui  contourne le séparateur d'eau.  



  Dans     certaines    conditions de fonctionnement,  l'air déchargé par la turbine 26 se trouve à des  températures inférieures au point de congélation. A  ces températures, l'eau, la neige ou les particules de  glace qui heurtent l'enceinte de coalescence se con  gèlent ou tendent à obstruer cette enceinte et à y  interdire le passage de l'air.  



  Le séparateur d'eau étranglé ou obstrué pro  voque une élévation de la pression de refoulement  de la turbine, ce qui détermine une augmentation  de la température de l'air. Cette élévation de tem  pérature tend à faire fondre la glace déposée dans  l'enceinte de coalescence,     ce    qui débouche à nou  veau un passage dans le séparateur d'eau. L'ouver  ture du passage dans le séparateur réduit la     contre-          pression    dans la turbine et laisse la température et  la pression s'abaisser de nouveau, de sorte que l'en  ceinte de coalescence travaille constamment à la  limite de la congélation.  



  Dans le cas où l'humidité spécifique de l'air  déchargé par la turbine est inférieure à une valeur      prédéterminée, par exemple 4285 milligrammes par       kilo    d'air, on a constaté qu'on peut obtenir des ré  sultats excellents grâce à la dérivation du sépara  teur d'eau, du fait que la teneur en eau de l'air est  alors inférieure à celle qui déterminerait des condi  tions désagréables dans le compartiment de l'aéro  nef. Du fait de cette teneur plus faible en humidité,  la décharge de la turbine peut rester en dessous du  point de congélation et le séparateur est paralysé  par la congélation.  



  On a constaté qu'en limitant la pression à l'en  droit de la décharge de la turbine, il est possible de  maintenir la température de la décharge de la tur  bine au-dessus du point de congélation pour toutes  les valeurs d'humidité spécifique supérieures à la va  leur choisie et la congélation peut se produire pour  toutes les valeurs d'humidité spécifique inférieures à  la valeur choisie.  



  Le graphique de la     fig.    3 représente en ordonnée  la température de l'air déchargé par la     turbine    et  en abscisse des valeurs d'humidité spécifique expri  mées en milligrammes par     kilo    d'air. La courbe A  représente les caractéristiques de température et  d'humidité spécifique de l'air refroidi lorsqu'il est  déchargé de la turbine au cours d'un     certain    ensemble  de conditions de fonctionnement.

   Les courbes pa  rallèles en traits interrompus correspondent à des  valeurs de pression relative exprimées en     kg/cm2.     En outre, le point de rosée est indiqué en DR ;       SDO    indique le point où la soupape de déri  vation s'ouvre, APT désigne l'augmentation de pres  sion et de température provoquée par le givrage,       PNDT    qui correspond à la courbe A désigne la  pression normale de décharge de la turbine et     CCA     indique la chaleur de condensation ajoutée ;

   enfin,  l'abscisse de - 120 C correspond à la température  spécifiée de l'air sec.     Etant    donné que la courbe si  tuée à l'extrême gauche représente le point de rosée,  on remarquera que la totalité de l'air située à droite  de cette courbe correspond à un état de sursatura  tion ; de ce fait, l'air à - 120 C est saturé lorsque  sa teneur en humidité est de 1214 milligrammes par  kilo, et toute quantité d'eau en excès se présente  sous forme de minuscules gouttelettes qui se sont  condensées, ce qui ajoute de la chaleur à l'air; de  ce fait, de l'air à la même pression mais dont la te  neur en humidité est de 1428 milligrammes par kilo  est à une température supérieure à l'air dont la te  neur n'est que de 1214 milligrammes par kilo.

   C'est  pourquoi la courbe A présente une pente     ascendante.     



  Si le séparateur d'eau se givre et provoque  une augmentation de la pression de la décharge  de la turbine, l'air présente des caractéristiques qui  sont illustrées par les courbes en traits     interrompus     parallèles à la courbe A. Une augmentation unitaire  de pression élève la température de l'air d'un nombre  de degrés prédéterminé, quelle que soit la quantité  d'eau en excès dans l'air.

   De ce fait, pour élever la  température de l'air jusqu'à 00 C lorsque sa teneur en  eau est de 1428 milligrammes par kilo, il est nécessaire    d'élever la pression jusqu'à une valeur supérieure  de 1,40     kg/cm2    à la pression relative     normale    de  décharge de la turbine représentée sur la courbe  égale à 0     kg/cm2.    Si la teneur en eau de l'air est  de 4285     milligrammes    par kilo, il aura été ajouté  par condensation d'une quantité supplémentaire  d'eau, une chaleur si grande qu'il ne sera nécessaire  d'élever la pression que de 0,7     kg/em2    pour ame  ner la température jusqu'au point de congélation ou  au-dessus de celui-ci.  



  On a constaté qu'en général de l'air dont la te  neur en eau est de 4285     milligrammes    par kilo, ou  moins, n'a pas d'effet     indésirable    lorsqu'il est mé  langé avec de l'air plus chaud et qu'il est ainsi  introduit dans la cabine, du fait que l'humidité re  lative résultant de la totalité de la masse d'air est       inférieure    à     100%.        Dans        ces        conditions,        le        sépa-          rateur    d'eau peut être complètement exclu,

   et la dé  charge de la turbine peut être dérivée en contournant  le     séparatéur    d'eau. De ce fait, en prévoyant une  soupape de dérivation 76 actionnée par la pres  sion, et agencée de façon que son ouverture se  produise chaque fois que la pression s'élève à 0,7       kg/cm2,    on est ainsi assuré que le séparateur d'eau  sera dégivré et entrera en jeu pour enlever l'humidité  qui pourrait avoir un effet nuisible, mais que, pour  des teneurs en humidité plus faibles, il ne sera pas  nécessaire de créer la pression élevée nécessaire  pour empêcher le séparateur d'eau de givrer.  



  Comme représenté sur la     fig.    2, on a prévu un       soufflet    ou diaphragme 78 sensible à la pression, qui  est     raccordé    au conduit 50 en amont du séparateur  d'eau de manière à être sensible à la pression de la  décharge de la turbine au voisinage de l'admission  du séparateur d'eau. Une augmentation de la pres  sion de décharge de la turbine a pour     effet    de com  primer un ressort 80 et d'ouvrir une soupape d'éva  cuation 82,     ce    qui évacue de l'air par un conduit  84 à partir de la chambre 86 d'un piston 88. L'éva  cuation de l'air de la chambre 86 a pour effet qu'un  ressort 90 ouvre la soupape 76, ce qui permet à l'air  en provenance de la turbine de contourner le sé  parateur d'eau.

   La chambre 86 est soumise à une  pression de réglage provenant d'une source de  pression     SRP,    par l'intermédiaire d'un     orifice    in  variable 92, ce qui fait que la pression régnant  dans la chambre 86 peut être réglée par de faibles  déplacements de la soupape 82.  



  Dans un aéronef conçu pour voler à de grandes  altitudes, il peut ne pas être nécessaire de séparer  l'eau dans le dispositif de conditionnement d'air aux  altitudes élevées du fait de la faible humidité spé  cifique de l'air à ces altitudes. Pour tirer parti de  cette caractéristique, on a prévu un soufflet 94 ou  tout autre dispositif sensible à la pression ambiante,  qui est     raccordé    de manière à fermer une soupape  96 lorsque la pression ambiante tombe à une va  leur prédéterminée, par exemple la pression qui  règne à une altitude de 7600 mètres.

   Cette soupape  communique avec la sortie de la source de pression           SRP.    Bien qu'on ait illustré ce mécanisme comme  exerçant directement son action sur la soupape 96,  on notera qu'on pourrait utiliser un servomécanisme  de tout type approprié du genre de celui qu'on vient de  décrire. La fermeture de la soupape 96 fait cesser  l'effet du soufflet 78     sensible    à la pression, et le  ressort 90 peut alors déplacer le piston 88 et ouvrir  la soupape 76 pour établir une dérivation autour  du séparateur d'eau lorsque la pression ambiante  tombe d'une valeur     prédéterminée.  

Claims (1)

1. REVENDICATION Installation de conditionnement d'air d'un aéro nef, comprenant un séparateur d'eau servant à la séparation de l'eau d'un courant d'air dirigé à travers une conduite d'alimentation vers un point de réu nion avec au moins un autre courant d'air, ce sépa rateur étant susceptible d'être obstrué lorsque l'eau séparée gèle et de provoquer, dans ces conditions, une augmentation de la pression et de la tempé rature de l'air à l'entrée du séparateur, caractérisée par un conduit de dérivation (74) qui contourne ledit séparateur (52) et dans lequel est disposée une sou pape (76), et par des moyens (78, 88) sensibles à la pression d'air régnant au voisinage de l'entrée du séparateur et maintenant normalement cette soupape à l'état fermé,

   mais provoquant son ouverture à la suite d'une augmentation prédéterminée de la pres sion de l'air à l'entrée dudit séparateur, la soupape (76) étant ajustée de façon telle que la température de l'air reste au-dessus du point de congélation lorsque cette pression augmentée est atteinte en même temps qu'une teneur en humidité inférieure à une teneur prédéterminée, mais augmente au- dessus du point de congélation, de façon à dégeler le séparateur d'eau, avec une teneur en humidité supérieure à la teneur en humidité prédéterminée.

   SOUS-REVENDICATION Installation suivant la revendication, caractérisée par des moyens (94) sensibles à la pression ambiante pour actionner lesdits moyens (78, 88), sensibles à la pression régnant à l'entrée du séparateur, lorsque cette pression ambiante est amenée en dessous d'une valeur prédéterminée inférieure à la pression au niveau de la mer.