Brevet FR2124475A1 — publié le 19720922

La présente invention concerne des installations de conditionnement et de pressurisation d'air à commande électrique destinées à des cabines d'avion ou l'analogue. Les installations actuelles de régulation de la température 5 de cabine d'un avion volant à grande vitesse et à grande altitude peuvent se caractériser en ce que l'on utilise une prise dans la zone du compresseur d'un turbo-moteur afin d'obtenir une alimentation d'air chaud pour la pressurisation de la cabine, cette alimentation d'air traversant un ou plusieurs échangeurs de température pour 10 en réduire la température. A partir de ce point, l'air, encore chaud, peut suivre deux trajets : un trajet forme une dérivation qui, sous la commande d'une vanne électromécanique, amène directement l'air chaud dans la cabine; l'autre trajet dirige l'alimentation en air vers une unité de rëfroidissement d'air à turbo-compresseur et un n15 échangeur thermique final qui réduisent la température de l'air au point de congélation, voire en dessous. L'air provenant de l'unité de refroidissement est ensuite mélangé avec l'air chaud provenant de la dérivation dans laquelle se trouve la vanne électromécanique, de façon à obtenir dans la cabine la température voulue. 20 Ce type d'installation de conditionnement est normalement commandé de manière automatique par des détecteurs montés dans les conduits d'admission et dans la cabine, qui enregistrent la température de la cabine, cette température étant comparée par un appareil de sommation algébrique avec celle affichée sur un sélecteur 25 de température de cabine ; tout signal d'écart obtenu est utilisé pour ouvrir ou fermer la vanne électromécanique dans la dérivation. Si, pour une raison quelconque, la commande automatique tombe en panne, la vawe de dérivation peut être ouverte ou fermée par un interrupteur situé à l'intérieur de la cabine de façon à régler 30 manuellement la température. Un système de commande tel que celui décrit ci-aessus présente des inconvénients, soit en fonctionnement automatique, soit en commande manuelle en cas de mauvais fonctionnement de la commande automatique La commande automatique présente généralement 35 les inconvénients suivants : la vanne électromécanique habituellement utilisée n'a pas la puissance nécessaire pour que son fonctionnement soit suffisamment rapide afin de compenser les variations rapides rencontrées ; par exemple les temps de réponse caractéristiques sont de 20 à 60 secondes. Le dispositif de commande norma-à{j lement utilisé cherche à maintenir une température générale de 72 03757 2 2124475 cabine choisie en réglant la température dans le conduit d'arrivée dans la cabine en fonction des besoins ; or, des limites sont imposées dans ce conduit d'arrivée a la cabine, de façon a éviter une surchauffe ou un givrage du conduit, la limite inférieure 5 étant classiquement reglée juste au-dessus du point de congélation de l'eau à 0°C. On a constaté que, les ïortes accélérations du moteur à partir du ralenti entraînant une rapide augmentation de la différence àe pression à travers la turbine d'expansion de l'unité de refroidissement final, la température du conduit 10 a encore tendance à tomber en dessous de la limite inférieure à 0°C, avant que la vanne de réglage de température puisse compenser cette chute, du fait de la lenteur de son action. Dans certains cas, du givre, peut se former dans le conduit, et il peut en résulter des dommages. De même, dans le cas des rapides accéléra-15 tions du moteur dans la zone supérieure de ses régimes, si le mode de chauffage est déterminé, des surchauffes peuvent survenir dans le conduit et, lorsque la température excède la limite supérieure admise, le conduit peut être endommagé ou le système se fermer automatiquement. 20 La commande manuelle présente généralement les incon vénients suivants. Le lenteur du positionnement de la vanne électromécanique en commande manuelle ou les tâtonnements dans la recherche de la bonne position ne permettent pas à la vanne de fonctionner suffisamment vite pour tenir compte des rapides 25 variations dans l'installation. Si un membre de l'équipage cherche à régler grossièrement la température dans le conduit d'arrivée, afin de maintenir une température de confort dans la cabine, la régulation de la température du conduit ainsi obtenue est très insuffisante et ne permet pas de tenir compte des pointes de 30 régime du moteur, de la vitesse de l'avion et des variations d'altitude pouvant ultérieurement survenir, qui ont , toutes, des effets notables sur la température de l'installation. Ce mode de commande entraîne également une surcharge de travail considérable pour l'équipage et, dans de nombreux cas, la fatigue, ce qui peut 35 conduire à une coupure ou un endommageaient de l'installation, car, dans ce mode de régulation, aucun conijôle de la limite effective de température du conduit n'est possible. L'invention se propose de résoudre ces problèmes en réalisant un système de commande amélioré, à la fois en automatique 40 et en manuel. TJn but de l'invention est de réaliser un système 72 03757 3 2124475 fonctionnant vite pour contrebalancer complètement les rapides variations que l'on peut rencontrer avec les avions modernes. La présente invention — propose un dispositif de conditionnement d'air pour des cabines d'avions et l'analogue, 5 dans lequel de l'air prélevé à la turbine d'un turbo-moteur à gaz est amené dans le volume de la cabine, à travers des échangeurs thermiques, le trajet de l'arrivée d'air comportant une unité de refroidissement à turbo-compresseur et une dérivation à réglage par vanne entourant cette unité, la vanne étant commandée automatique-10 ment en réponse à des signaux provenant de détecteurs de tempéra -ture placés dans le conduite d'arrivée d'air et dans la cabine , ce dispositif étant caractérisé en ce que la vanne est une vanne électropneumatique, et en ce que les détecteurs de température auxquels elle répond comportent, au moins, un détecteur de température 15 situé dans le trajet suivi par l'air re-combiné en aval de l'unité de refroidissement et de la dérivation, et en amont d'un extracteur d'eau à-travers lequelpasse l'air recombiné avant d'arriver à la cabine, ce détecteur de température servant d'avertisseur ae givrage dans le conduit d'air. 20 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une réalisation, donnée à titre d'exemple seulement, et en se reportant au dessin joint, qui est un schéma du dispositif de régulation de température selon linvention. Sur le dessin, une alimentation en air chaud A est préle-25 vée dans la zone du compresseur d'un turbo-moteur à gaz 2. L'alimentation en air A passe a travers une vanne de coupure 3, et à travers une vanne de réduction de pression 4, avant de traverser un ou plusieurs échangeurs thermiques 5 utilisant, comme fluide de refroidissement, de l'air puisé, c'est-a-cnre le courant exte-30 rieur d'air ambiant. Au delà, l'alimentation en air A est a une température d'environ 15G°C, et elles est partagée en deux circulations : l'un des trajets traverse une vanne électropneumatique à grande vitesse 6. pour se raccorder ensuite à un conduit d'arrivée ctans la cabine E. L'autre trajet B fait passer l'air à travers une 35 unité de refroidissement, qui comporte un étagebde compresseur C, un échangeur thermique final 7 utilisant également de l'air puisé comme fluide de refroidissement, et un étage ae turbine d'expansion T entraînant l'etage compresseur. Le sortie de l'etage turbine T est raccordée au conduit d'arrivée dans la cabine L, et les 40 courants recombinés traversent un extracteur a'eau E avant de 72 03757 4 2124475 pénétrer dans la cabine F. Le système est équipé a'un certain nombres de détecteur de température, l'un étant monté en 1, en amont de l'extracteur d'eau E pour détecter un début de givrage. D'autres détecteurs de température sont montés en aval de 5 l'extracteur E, en G et en H, et il existe également des détecteurs de cabine J. Le but de ces détecteurs est de commander automatiquement le fonctionnement des vannes 3 et 6, par l'intermédiaire d'un bloc de commande electrique 10. La vanne électropneumatique b peut être commandée et 10 peut fonctionner extrêmement rapidement, en un temps de l'ordre d'une seconde ou moins, pour passer de la position de la pleine ouverture à la position de pleine fermeture, ce temps étant plus court que la variation du dispositif due à l'ouverture des gaz au moteur, au fait que le turbonioteur prend environ 3 secondes 15 pour passer du ralenti au régime maximal. Comme dans les dispositifs classiques, le mécanisme de commande automatique tena à maintenir une température globale ae cabine choisie en fonction des besoins Ici encore, la température du conduit d'arrivée dans la cabine est soumise à des limites, pour éviter une surchauffe 20 ou un givrage au conduit, mais dans ce cas la limite inférieure peut être considérablement inférieure à la limite juste au-dessus des ri sposi ti fs de 0°U/preceaents, au fait de la présence du détecteur ae formation ae givre I. Dans les climats tropicaux secs, les possibilités de refroidissement sont souvent considérablement accrues, et ce 25 dispositif peut tolérer , dans le conduit a'arrivée d'air, aes températures juste au-dessus du point de givrage au conduit plutôt que juste au-dessus de 0°C. Lorsque le turoomoteur accéléré rapidement depuis le ralenti, ce qui accroît rapidement la aifference ae pression de part et d'autre de la turbine d'expansiox. T, ia 30 température du conduit a'arrivée dans la cabine a souvent tenaance a tomoer en dessous du point ae givrage au conduit. En liaison avec la vanne a reponse rapide 6, i'anticipateur de givre I peut éviter cette eventuanté et amener le dispositif juste au-dessus du point de givrage, qui peut être aussi bas que -15°C. De même, lorsque 35 le turbomoteur accélère rapidement dans la zone des régimes élevée, la rapidité de réponse du dispositif augmente les chances d'éviter des surchauffes du conduit. Le mode manuel de commande des dispositifs ciassioues est ici remplacé par un mode de fonctionnement de secours, dans lequel 40 le dispositif fonctionne de la même façon qu'en automatique. 72 03757 5 2124475 T?ndis qu'on utilise le détecteur H pour régler la température en liaison avec le détecteur de cabine J en automatique, on utilise le détecteur G dans le fonctionnement de secours pour régler la température du conduit d'arrivée , le réglage thermostatique 5 de température étant déterminé manuellement par un sélecteur de température de conduit 11 à l'intérieur de la cabine. Le membre d'équipage chargé de cette commande n'a plus ainsi à tâtonner avec la vanne de commande, mais choisit réellement une température spécifique d'admission dans le conduit ou dans la cabine, en 10 fonction des exigences de confort. Le dispositif maintient alors la température de conduit choisie quelles que soient les variations du régime du moteur et de la vitesse de l'avion, la vanne 6 compensant effectivement ces variations du fait de sa rapidité de fonctionnement. Ce procédé de commande est impossible avec un dis-15 positif à reponse plus lente, au fait que, ni une vanne électromécanique, ni un membre d'équipage ne peut effectuer un réglage suffisamment rapide pour maintenir le conduit d'arrivée à la température choisie, du fait des rapides variations des conditions d'arrivée, comme c'est le cas dans les vols d'avions modernes. 20 Ce nouveau mode de commande peut effectuer les commandes sûres et précises à l'intérieur de limites de températures de conduits quelconques ; au cas où la commande automatique tomberait en panne, l'équipage est encore susceptible de maintenir - un confort élevé à l'intérieur de la cabine, le travail ae surveillance de 25 l'équipage étant relativement peu augmenté, et le risque de coupure ou de dommage de l'installation étant réduit au minimum. 72 03757 6 2124475 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de conditionnement et de pressurisation d'air pour des cabines d'avions et l'analogue, dans lequel l'air prelevé à la turbine d'un turoomoteur à gaz est amené dans le volume de la cabine à travers des échangeurs thermiques, le trajet 5 d'arrivée d'air comportant une unité de refroidissement à turbocompresseur et une dérivation à réglage par vanne entourant cette uni^té, la vanne étant commandée automatiquement en réponse à des signaux provenant de détecteurs de température situés dans le conduit d arrivée d'air et dans la cabine, caractérisé en 10 ce que la vanne est une vanne électropneumatique, et en ce que les détecteurs de température auxquels elle répond comportent au moins un détecteur de température situé dans le courant dair recombiné en aval de l'unité de refroidissement et de la dérivation, et en amont d un extracteur d'eau à travers lequel l'air 15 recombiné passe avant d arriver uans la cabine, ce détecteur de température servant d'avertisseur de givrage dans le conduit d'air. 2 - Dispositif de conditionnement pour une cabine davio.u selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dispositifs 20 d'écnange tnermique comportent au moins un echangeur thermique eix amoiit de la dérivation et de l'unité de refroidissement, et au moins un autre échangeur tnermique entre le compresseur et la turbine d'expansion ae l'unité de refroidissement, ces échangeurs thermiques étant refroidis par des courants d'air puisé. 25 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendi cation 2, caractérisé en ce que les détecteurs de température rl 'flir comportent au moins un détecteur dans le conduit/en aval de l'extracteur a'air. à - Dispositif selon la revendication 1, la revendication 30 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que, en cas de panne, le dispositif fonctionne en secours, auquel cas la température d'arrivée a'air est réglée thermostatiquement par la réponse de la vanne électropneumatique montée dans la dérivation à un détecteur de température monté dans le conduit en aval de l'extrac-35 teur d'eau, le reglage thermostatique de température pouvant etre choisi manuellement dans la cabine. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que les moyens de commande automatiques 72 03757 7 ?12'147 5 de la vanne électropneumatique montée ûans la dérivation commandent également une vanne en amont des échangeurs thermiques, de l'unité de refroidissement, et de la dérivation.