FR3037565A1

FR3037565A1 - Aeronef equipe d'un dispositif generateur de chaleur

Info

Publication number: FR3037565A1
Application number: FR1555689A
Authority: FR
Inventors: Fabien Boudjemaa; Adrien Gasse; Matthieu Baron
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-12-23
Anticipated expiration: 2035-06-22
Also published as: FR3037565B1

Abstract

Aéronef comportant une zone pressurisée (12) et une zone non pressurisée (14), un système de circulation d'air (20) configuré pour maintenir la pression dans la zone pressurisée. Le système de circulation d'air (20) comporte un circuit d'évacuation d'air (22) permettant à l'air de passer de la zone pressurisée à la zone non pressurisée. L'aéronef comporte également un dispositif générateur de chaleur, un échangeur de chaleur disposé dans le circuit d'évacuation d'air, et un circuit d'évacuation de chaleur. Le circuit d'évacuation de chaleur est configuré pour permettre le transfert d'une chaleur dégagée par le dispositif générateur de chaleur à l'air circulant dans le circuit d'évacuation d'air via l'échangeur de chaleur.

Description

3 756 5 1 DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un aéronef équipé d'un dispositif générateur de chaleur, susceptible de dégager de la chaleur pendant son fonctionnement. Elle concerne plus particulièrement le cas où ce dispositif 5 générateur de chaleur est une pile à combustible. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE De manière connue, certains aéronefs, notamment des avions, sont équipés de dispositifs générateurs de chaleur, et notamment de piles à combustible. Ces dernières peuvent notamment constituer une source 10 d'énergie électrique d'appoint, que ce soit en fonctionnement normal de l'aéronef (la pile à combustible est alors généralement appelée Unité de Puissance Auxiliaire (en Anglais 'Auxiliary Power Unit', APU)), ou par exemple au cas où les moyens normaux de fourniture d'énergie électrique ne sont pas disponibles. 15 Pour éviter que les dispositifs générateurs de chaleur et leur environnement n'atteignent une température trop importante, il peut être nécessaire de prévoir un circuit d'évacuation de chaleur produite par ces dispositifs. Un exemple d'avion comportant un dispositif générateur de chaleur 20 et doté d'un circuit d'évacuation de chaleur est illustré par le document US 2012/0118528. Dans cet avion, le circuit d'évacuation de chaleur génère une circulation d'air en circuit fermé à l'intérieur de l'avion. Il est en effet agencé de la manière suivante : 25 - la chaleur produite par le dispositif générateur de chaleur est d'abord évacuée par un circuit d'évacuation de chaleur depuis la cabine (passagers) jusqu'aux soutes de l'avion ; - cette chaleur alors se transmet depuis les soutes jusqu'à une partie de l'enveloppe externe de l'appareil, puis 30 - cette chaleur se transmet de l'enveloppe externe jusqu'à l'extérieur de l'avion, l'enveloppe externe agissant comme échangeur de chaleur avec l'extérieur. Ce principe d'évacuation de la chaleur ne nécessite pas d'échanges d'air avec l'extérieur de l'avion et peut donc notamment être utilisé au cas 35 où l'avion est volontairement isolé de l'atmosphère extérieure, par 3037565 2 exemple parce que celle-ci est contaminée par des poussières volcaniques ou autre. Cependant, la température dans les soutes de l'appareil peut devenir excessive. Par suite, la quantité de chaleur par unité de temps (ou puissance thermique) que le circuit d'évacuation de chaleur proposé par le document W02012/0118528 permet d'évacuer est relativement limitée. PRESENTATION DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de remédier à l'inconvénient indiqué précédemment et de proposer un aéronef équipé d'un dispositif générateur de chaleur et qui soit agencé de telle sorte que le fonctionnement de ce dispositif ne provoque pas des hausses de température inacceptables à l'intérieur de l'aéronef. Cet objectif est atteint grâce à un aéronef comportant une zone pressurisée et une zone non pressurisée ; et un système de circulation d'air configuré pour injecter de l'air dans la zone pressurisée et pour maintenir une pression dans celle-ci dans une plage prédéterminée ; le système de circulation d'air comportant un circuit d'évacuation d'air permettant un passage d'air de la zone pressurisée à la zone non pressurisée ; l'aéronef comportant en outre un dispositif générateur de chaleur, susceptible de générer de la chaleur pendant son fonctionnement, un échangeur de chaleur disposé dans le circuit d'évacuation d'air, et un circuit d'évacuation de chaleur, configuré pour permettre le transfert d'une chaleur dégagée par le dispositif générateur de chaleur à l'air circulant dans le circuit d'évacuation d'air via l'échangeur de chaleur. L'invention concerne donc spécifiquement les aéronefs dont l'enveloppe externe est divisée en une zone pressurisée et une zone non pressurisée.

Par zone 'non pressurisée', on désigne ici une zone dont la pression, du fait de l'agencement de l'aéronef, reste sensiblement égale à la pression à l'extérieur de l'aéronef. L'aéronef comporte un système de circulation d'air qui assure le maintien d'une pression acceptable dans la zone pressurisée. Cette 35 pression est normalement sensiblement égale à la pression atmosphérique au niveau du sol.

3037565 3 Le maintien de la pression se fait notamment en injectant de l'air dans la zone pressurisée. La régulation de la pression peut se faire en contrôlant et régulant le débit d'air injecté, et/ou en contrôlant ou régulant la quantité d'air 5 sortant de la zone pressurisée, à l'aide de moyens de régulation. Ces moyens peuvent par exemple comprendre un limiteur de pression disposé sur le circuit d'évacuation d'air. L'air évacué de la zone pressurisée quitte celle-ci en passant par le circuit d'évacuation d'air ; il est injecté dans la zone non pressurisée de 10 l'aéronef. S'il ne reste pas dans la zone non pressurisée, il peut alors soit être réinjecté dans la zone pressurisée, soit être évacué hors de l'aéronef via un ou plusieurs clapets de sortie. Avantageusement, conformément à l'invention la circulation d'air 15 dans l'aéronef est exploitée pour évacuer la chaleur produite par le dispositif générateur de chaleur : la chaleur produite par ce dispositif est transférée à l'air circulant dans le circuit d'évacuation d'air. L'air circulant dans le circuit d'évacuation d'air, dont la température a augmenté du fait de la chaleur reçue dans l'échangeur de chaleur, est rejeté dans la zone 20 non pressurisée de l'aéronef. Habituellement, il est accepté que la température dans les zones non pressurisées des aéronefs atteigne une valeur limite maximale élevée, sensiblement plus élevée que la température maximale admise dans les zones pressurisées.

25 Le système de circulation d'air peut donc être mis en oeuvre jusqu'à ce que la température dans la zone non pressurisée atteigne la valeur limite maximale indiquée précédemment. Comme cette valeur limite maximale est relativement élevée, avantageusement la puissance thermique qui peut être transférée à l'air 30 circulant dans le circuit d'évacuation d'air peut être plus élevée que la puissance thermique qui aurait pu être évacuée via un circuit d'évacuation d'air configuré pour évacuer l'air vers la soute de l'appareil (la soute étant une zone pressurisée de l'appareil). Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, l'aéronef 35 selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaisons techniquement possibles : 3037565 4 Le système de circulation d'air peut être configuré pour injecter dans la zone pressurisée de l'air prélevé à l'extérieur de l'aéronef (L'aéronef permet alors une sortie d'air de l'aéronef). L'air prélevé à l'extérieur de l'aéronef peut naturellement être combiné, lors de cette 5 injection, avec de l'air recyclé par le système de circulation d'air, cet air `recyclé' pouvant être de l'air de la zone pressurisée et/ou de l'air de la zone non pressurisée. Avantageusement, l'air prélevé à l'extérieur de l'aéronef a généralement une température plus faible que celle de l'air dans la zone 10 pressurisée. L'injection d'air extérieur dans la zone pressurisée tend donc à réduire la température de l'air dans cette zone. Par suite, cela tend à réduire également la température de l'air injecté à l'entrée de l'échangeur de chaleur. Cette dernière température peut alors être relativement basse. Comme la puissance thermique 15 évacuée par l'échangeur thermique est fonction de la différence de température entre l'air entrant et l'air sortant de l'échangeur, cela permet donc que l'échangeur de chaleur évacue une puissance thermique accrue, par rapport à une circulation de fluide en circuit fermé dans l'aéronef. Le circuit d'évacuation de chaleur peut être un circuit utilisant un 20 fluide caloporteur. Grâce à cela, l'échangeur de chaleur peut être disposé à distance du dispositif générateur de chaleur. L'utilisation d'un tel circuit à fluide caloporteur (ou plus généralement d'un système de transfert de chaleur entre le dispositif générateur de chaleur et l'échangeur de chaleur (par exemple par 25 conduction)), permet de disposer assez librement le dispositif générateur de chaleur et l'échangeur de chaleur : L'échangeur de chaleur peut être disposé dans la zone pressurisée ou dans la zone non pressurisée. Le dispositif générateur de chaleur peut être disposé dans la 30 zone pressurisée ou dans la zone non pressurisée. Le circuit d'évacuation de chaleur peut comporter un limiteur de pression. Le limiteur de pression permet, de manière simple, de réguler la pression à l'intérieur de la zone pressurisée. Le dispositif générateur de chaleur peut notamment être une pile à 35 combustible. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 303 756 5 5 L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : 5 - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un avion conforme à l'invention ; - les figures 2 et 3 sont deux vues schématiques en coupe représentant une même portion arrière de l'avion de la figure 1, au voisinage de la paroi séparant les zones pressurisée et non pressurisée, 10 dans deux modes de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En faisant référence à la figure 1, un aéronef 10 illustrant un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit. L'aéronef 10, en l'occurrence un avion, comporte un fuselage 15 présentant une zone pressurisée 12 et une zone non-pressurisée 14, séparées par une cloison 16 sensiblement étanche. L'avion 10 comporte en outre un système de circulation d'air 20. Ce système 20 est configuré pour injecter de l'air dans la zone pressurisée 12 et pour maintenir la pression dans celle-ci à la pression 20 atmosphérique (un exemple de plage prédéterminée). Dans ce but il comporte un compresseur d'air 21 qui comprime de l'air prélevé à l'extérieur de l'avion 10 et l'injecte sous pression dans la zone pressurisée 12. Le système de circulation d'air 20 comporte en outre un circuit 25 d'évacuation d'air 22. Ce circuit 22 permet à l'air qui est injecté dans la zone pressurisée 12, d'être évacué de celle-ci et de passer dans la zone non pressurisée 14. L'air est éjecté hors de l'avion 10 à partir de la zone non pressurisée 14 via une restriction 15. Cette restriction 15 restreint les 30 échanges d'air entre la zone 14 et l'extérieur de l'avion, mais permet cependant l'évacuation de l'air injecté dans l'avion par le compresseur 21, et l'équilibrage des pressions entre la zone non pressurisée et l'extérieur de l'avion. La quantité d'air qui est évacuée de la zone 12 à la zone 14 est 35 régulée par un limiteur de pression 24, interposé sur une conduite 26 d'évacuation d'air faisant partie du circuit 22. Le limiteur de pression 24 3037565 6 est placé de préférence en amont de l'échangeur de chaleur, comme c'est représenté sur les figures 2 et 3, mais peut également être placé en aval de celui-ci. L'avion 10 comporte en outre un dispositif générateur de chaleur.

5 Dans l'exemple présenté, ce dispositif est une pile à combustible 50. Selon le mode de réalisation, celle-ci peut être disposée à l'intérieur de la zone pressurisée 12 (Fig.2), ou à l'intérieur de la zone non pressurisée (Fig.3). (Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires 10 portent une même référence). La pile à combustible 50, lorsqu'elle fonctionne, dégage une quantité de chaleur importante. Son refroidissement est alors assuré par un circuit d'évacuation de chaleur 60. Le circuit d'évacuation de chaleur 60 est un circuit utilisant un fluide 15 caloporteur. Lorsque le fluide traverse le dispositif générateur de chaleur, sa température s'élève. Le fluide est alors pompé par une pompe non représentée jusqu'à un échangeur de chaleur 62, via des conduites 64. L'échangeur de chaleur 62 est disposé dans le circuit d'évacuation d'air 22, c'est-à-dire qu'il est interposé sur le trajet du flux d'air circulant 20 dans le circuit 22, pour permettre l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et ce flux d'air. Dans l'échangeur de chaleur 62, le fluide transfère donc une partie de sa chaleur au flux d'air évacué de la zone pressurisée 12 à la zone non pressurisée 14 par le circuit d'évacuation d'air 22.

25 Le circuit d'évacuation de chaleur 60 permet donc que la chaleur dégagée par la pile 50 soit transférée à l'air circulant dans le circuit d'évacuation d'air grâce à l'échangeur de chaleur 62. Comme le compresseur 21 prélève de l'air à l'extérieur de l'avion avec un certain débit, un même débit d'air est évacué de la zone non 30 pressurisée via la restriction 15 (le débit d'air évacué via la restriction 15 est généralement légèrement inférieur au débit prélevé à l'extérieur compte tenu des fuites). Cette évacuation, ce rejet de l'air relativement chaud présent dans la zone non pressurisée vers l'extérieur de l'appareil permet d'évacuer hors de l'avion la chaleur dégagée par la pile 50.

3037565 7 Parallèlement à cette évacuation de chaleur par convection, a lieu également une évacuation de chaleur par conduction : la chaleur de l'air contenu dans la zone non pressurisée 14 se communique aux partie de l'enveloppe externe de l'avion en contact avec cette zone ; elle se 5 communique de là à l'air environnant l'enveloppe externe de l'avion 10. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les 10 revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par exemple, l'invention peut être mise en oeuvre dans un hélicoptère. Par ailleurs, l'article 'un' ne doit pas être interprété comme signifiant 'un seul', mais comme signifiant 'au moins un'. Ainsi, un 15 aéronef selon l'invention peut comporter plusieurs piles à combustibles, plusieurs échangeurs de chaleur, etc. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS1. Aéronef (10) comportant une zone pressurisée (12) et une zone non pressurisée (14) ; et un système de circulation d'air (20) configuré pour injecter de l'air dans la zone pressurisée et pour maintenir une pression dans celle-ci dans une plage prédéterminée ; le système de circulation d'air (20) comportant un circuit d'évacuation d'air (22) permettant un passage d'air de la zone pressurisée (12) à la zone non pressurisée (14) ; l'aéronef se caractérisant en ce qu'il comporte en outre un dispositif (50) générateur de chaleur susceptible de générer une chaleur pendant son fonctionnement, un échangeur de chaleur (62) disposé dans le circuit d'évacuation d'air (22), et un circuit d'évacuation de chaleur (60), configuré pour permettre le transfert d'une chaleur dégagée par le dispositif générateur de chaleur (50) à l'air circulant dans le circuit d'évacuation d'air (22) via l'échangeur de chaleur (62).
2. Aéronef (10) selon la revendication 1, dans lequel l'échangeur de chaleur (62) est disposé dans la zone non pressurisée (14).
3. Aéronef (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le 25 dispositif générateur de chaleur est disposé dans la zone pressurisée (12) ou dans la zone non pressurisée (14).
4. Aéronef (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit d'évacuation de chaleur (60) est un circuit utilisant 30 un fluide caloporteur.
5. Aéronef (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le circuit d'évacuation de chaleur (60) comporte un limiteur de pression (62). 35 3037565 9
6. Aéronef (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif (50) susceptible de dégager de la chaleur pendant son fonctionnement comprend une pile à combustible. 5
7. Aéronef (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dont le système de circulation d'air est configuré pour injecter dans la zone pressurisée (12) de l'air prélevé à l'extérieur de l'aéronef (10).