Brevet FR2504887A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne, d'une façon générale, un appareil destiné à mélanger de l'air haute pression et de l'air basse pression, et plus spécialement mais sans y etre limité, un prérefroidisseur à éjecteur à rapport de section échelonné qui est destiné à être monté entre un moteur à réaction et la conduite d'air de climatisation d'un avion afin de régler un mélange d'air basse pression et d'air haute pression provenant du moteur à réaction. Jusqu'à présent, une section de compression d'un avion à moteurs à réaction était utilisée pour délivrer de l'énergie sous la forme d'air comprimé au système de climatisation de la cabine. Cet air comprimé est habituellement appelé "air d'échappement" et est évacué par des évents placés aux divers étages d'une section de compression à plusieurs étages du moteur. Un orifice de décharge à haute pression est utilisé pour délivrer suffisamment d'air d'échappement dans toute la plage de fonctionnement de l'avion. La température de cet air d'échappement est normalement trop élevée pour le système de climatisation de la cabine et il est nécessaire de prérefroidir l'air d'échappement dans une certaine mesure. Ce refroidissement est habituellement effectué en utilisant un échangeur de chaleur du type à plaques et ailettes.Un courant d'air d'échappement plus froid est évacué d'un orifice de décharge à basse pression du compresseur du moteur, et transmis à l'échangeur de chaleur1 puis est évacué de l'avion. L'utilisation de l'air d'échappement à haute pression provenant du système de climatisation de la cabine en plus de l'utilisation de l'air d'échappement basse pression à des fins de prérefroidissement pénalise l'ensemble des caractéristiques de fonctionnement du moteur en fonction de la consommation de carburant par unité de poussée disponible pour la propulsion de l'avion. I1 est possible de minimiser cette pénalité si l'air est extrait d'un étage à pression plus basse du moteur et si la décharge de l'air d'échappement prérefroidi est supprimée. La présente invention comprend ces deux caractéristiques. Des systèmes antérieurs de pressurisation d'une cabine d'avion ont ete décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 3 441 045, nO 3 367 256, nO 3 367 355, nO 3 842 720 et n0 3 711 044. Aucun de ces systèmes ne décrit les caractéristiques et avantages remarquables de la présente invention. L'invention concerne un système de distribution d'un courant d'air utilisant un éjecteur mélangeur à plusieurs buses pour satisfaire aux conditions de prérefroidissement et de débit d'un système à fluide en mélangeant de l'air basse pression avec de l'air haute pression par une action de pompage des buses à air haute pression qui remplissent la fonction d'un éjecteur. En réglant les buses, les débits d'air haute pression et basse pression sont correctement proportionnés pour les mélanger et satisfaire aux conditions de débit du système de climatisation de l'avion dans toutes les conditions de fonctionnement de ce dernier. L'éjecteur destiné à mélanger l'air haute pression et l'air basse pression provenant d'un moteur à réaction constitue un système de distribution d'air qui prélève deux courants d'air d'une section de compression du moteur et utilise l'air basse pression pour prérefroidir l'air haute pression délivré au système de climatisation pendant le décollage, l'ascension et le vol normal à la vitesse de croisière. Egalement, l'air haute pression est utilisé pour pomper l'îr basse pression dans le système de climatisation lorsque le ou les moteurs fonctionnent à bas régime. L'utilisation de l'air d'échappement haute pression et l'air d'échappement basse pression correctement mélangés assure un meilleur rendement du moteur à réaction. De plus, l'appareil comporte plusieurs buses ayant des orifices de différentes sections pour assurer un rapport échelonné entre l'air haute pression et l'air basse pression. En ouvrant et en fermant les buses, on obtient la température et la pression correctes de l'air dans le système de climatisation. L'appareil destiné à mélanger l'air haute pression et l'air basse pression provenant d'un moteur à réaction et à introduire l'air mélangé dans une canalisation d'un système de climatisation d'un avion, comprend des conduites d'alimentation en air basse pression et en air haute pression destinées à être reliées par une extrémité aux orifices d'échappement de l'air basse pression et haute pression respectivement du moteur à réaction. Une chambre de mélange présente une section d'entrée reliée à l'autre extrémité de la conduite d'alimentation en air basse pression. La section d'entrée de la chambre décrit vers l'intérieur et se raccorde à un tube de diffusion. Ce dernier est relié à une section de sortie qui croit vers l'extérieur en forme de trompe. Ladite section de sortie est destinée à être reliée à la canalisation d'air.Une dérivation d'alimentation en air haute pression est reliée à la conduite d'alimentation en air haute pression ainsi qu'à la canalisation d'air. Une valve de dérivation est reliée à ladite dérivation d'alimentation en air haute pression. Plusieurs buses haute pression sont reliées à des valves qui les commandent. Ces valves sont reliées à la conduite d'alimentation en air haute pression. Les extrémités des buses sont positionnées dans la section d'entrée de la chambre de mélange. Un régulateur de température est relié aux valves de commande des buses pour les ouvrir et pour les fermer. Le régulateur est également relié à la valve de dérivation pour l'ouvrir et la fermer. Un capteur thermométrique est destiné à être relié à la canalisation d'air ainsi qu'au régulateur de température pour l'asservir. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 illustre schématiquement l'appareil destiné à mélanger l'air haute pression et l'air basse pression provenant d'un moteur à réaction et à introduire l'air mélangé dans le système de climatisation de l'avion et la figure 2 est une coupe transversale de la chambre de mélange suivant la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 1 représente le schéma d'un appareil de mélange de l'air haute pression et de l'air basse pression, désigné de façon générale par la référence 10. L'appareil 10 est destiné à être relié à un moteur à réaction 12 d'un avion. L'appareil 10 est également destiné à être relié à une canalisation d'air 14 qui fait partie du système de climatisation de l'avion. L'appareil 10 comporte une conduite 16 d'alimentation en air basse pression qui est reliée à un orifice 18 d'échappement d'air basse pression du moteur à réaction 12. Egalement, une conduite 20 d'alimentation en air haute pression est reliée à un orifice 22 d'échappement d'air haute pression du moteur à réaction 12. La conduite 16 d'alimentation en air basse pression comprend un clapet de retenue 24 destiné à empêcher l'air haute pression provenant de la conduite d'alimentation 20 de refluer à travers l'appareil 10 dans la conduite 16 à basse pression. Cette conduite 16 est reliée à une section d'entrée 26 évasée vers l'intérieur d'une chambre de mélange 28. Cette chambre 28 comprend également un tube de diffusion 30 et une section de sortie 32 évasée vers l'extérieur. Cette section de sortie 32 est reliée à la canalisation d'air 14. La conduite 20 d'alimentation en air haute pression est reliée à des première, deuxième et troisième valves de commande des buses, qui sont représentées par un rectangle 34. Les valves 34 sont reliées chacune à une première buse 36, une deuxième buse 38 et une troisième buse 40lrespectivement. Les extrémités des buses 36, 38 et 40 sont groupées et centrées à l'inte- rieur de la section d'entrée 26 de la chambre de mélange 28. Une dérivation 42 d'alimentation en air haute pression est également reliée à la conduite 20 ainsi qu'à la canalisation d'air 14. Une valve de dérivation 44 est reliée à la dérivation 42. Un capteur thermométrique 46 est relié à la canalisation d'air 14 sur laquelle il est monté. Le capteur thermométrique 46 est relié par un conduit 48 à un régulateur de température 50. Ce dernier est relié par des conduits 52 et 54 aux valves 34 de commande des buses et à la valve de dérivation 44 pour ouvrir et fermer lesdites valves 34 et 44. La figure 2 est une coupe transversale de la section d'entrée 26 de la chambre de mélange 28 suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Sur cette figure, on peut voir que les extrémités des buses 36, 38 et 40 présentent des sections différentes. La première buse 36 a un orifice 56 qui est plus petit que l'orifice 58 de la buse 40. Egalement, l'orifice 58 est plus petit que l'orifice 60 de la buse 38. En présence d'orifices de dimensions différentes, on obtient différents rapports échelonnés de l'air haute pression mélangé à l'air basse pression pour assurer une régulation correcte de la température. Les buses 36, 38 et 40 peuvent être ouvertes et fermées successivement ou selon diverses combinaisons pour obtenir le mélange d'air voulu. Le capteur thermométrique 461qui repère la température régnant dans la canalisation d'air 14, alerte le régulateur de température 50 en cas d'élévation ou d'abaissement de la température du mélange d'air haute pression et d'air basse pression. Le régulateur de tempe-- rature 50 ouvre et ferme alors les valves 34 qui règlent l'adnission de l'air haute pression dans les buses 36, 38 et 40. La dérivation 42 qui contourne les valves 34 et les buses 36, 38 et 40 est utilisée pour distribuer l'air haute pression directement à la canalisation d'air 14 lorsqu'un prérefroidissement de l'air haute pression est inutile ou lorsque l'air haute pression est nécessaire pour le démarrage d'un autre moteur à réaction.Le régulateur de température 50 qui est asservi par le capteur thermométrique 46 est utilisé pour ouvrir et fermer la valve de dérivation 44. Bien qu'on ait représenté sur les figures 1 et 2, trois buses 36, 38 et 40 pour mélanger l'air haute pression et l'air basse pression, il est envident que l'on pourrait utiliser également un nombre de buses supérieur à trois pour obtenir un mélange de l'air haute pression et de l'air basse pression et par suite une régulation de température et un débit plus précis. I1 convient également de noter que les extrémités des buses 36, 38 et 40 sont groupées au centre de la section d'entrée 26 pour assurer un mélange plus intime de l'air et pour aspirer l'air basse pression de la conduite d'alimentation 16 dans le tube de diffusion 30 de la chambre de mélange 28. Le fonctionnement de l'appareil 10 est commandé par la température de l'air régnant dans la canalisation d'air 14 en respectant une limite minimale et une limite maximale de la température pour le système de climatisation. Lorsque le moteur tourne au ralenti ou à faible régime pour faire rouler l'avion au sol, la température de l'air d'échappement baisse au-dessous de la limite minimale et le capteur thermométrique 46 actionne la valve de dérivation 44 pour l'ouvrir et ferme les valves 34 de commande des buses. Le débit d'air est alors détourné des valves 34. Lorsque le moteur fonctionne à la puissance de décollage, la limite maximale de la température est dépassée lorsque l'air haute pression est utilisé.Par conséquent, le régulateur de température 50, qui est actionné par le capteur thermométrique 46, ferme la valve de dérivation 44 et ouvre toutes les valves 34 en permettant ainsi à l'air haute pression de passer dans toutes les buses 36, 38 et 40. Si le capteur thermométrique 46 détecte encore une température supérieure à la limite maximale, le régulateur 50 ferme deux buses successivement en n'en laissant qu'une seule ouverte pour laisser passer l'air haute pression dans le courant d'air basse pression. La température de l'air circulant dans la canalisation 14 atteint alors une valeur comprise entre les limites maximale et minimale Lorsque l'avion s'élève à l'altitude normale de vol de croisière, le mélange d'air haute pression et d'air basse pression atteint la limite minimale de température et une buse supplémentaire est ouverte pour permettre à un plus grand débit d'air haute pression de se mélanger avec l'air basse pression. Lorsque l'avion monte à des altitudes supérieures à celles du vol de croisière normal, la température du mélange d'air atteint de nouveau la limite minimale par suite des plus basses tempi=ratures de 1air ambiant et c'est a ce moment que la troisième buse est ouverte. Pour descendre d'une haute altitude, le moteur à réaction est ramené au régime de ralenti convenant pour une descente et on atteint de nouveau la limite minimale de température. Le régulateur 50 ferme alors les valves 34 et ouvre la valve de dérivation 40 pour distribuer l'air haute pression directement à la canalisation d'air 14. Cette succession d'ouvertures et de fermetures de la valve de dérivation 44 et des valves 34 commandées par le régulateur 50 permet d'obtenir les débits et la pression nécessaires dans les limites prédéterminées de température. REVEND ICAT ION S 1. Appareil destiné à mélanger l'air haute pression et l'air basse pression provenant d'un moteur à réaction et à introduire l'air mélangé dans une canalisation d'air d'un système de climatisation d'un avion, appareil caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (16) d'alimentation en air basse pression destinée à être reliée par une extrémité à un orifice (18) d'échappement d'air basse pression du moteur à réaction (12) une conduite (20) d'alimentation en air haute pression destinée à être reliée par une extrémité à l'orifice (22) d'échappement de l'air haute pression du moteur à réaction (12) ; une chambre de mélange (28) ayant une section d'entrée (26) reliée à l'autre extrémité de la conduite (16) d'alimentation en air basse pression, et une section de sortie (32) destinée à être reliée à la canalisation d'air (14) ;; une dérivation (42) d'alimentation en air haute pression reliée à la conduite (20) d'alimentation en air haute pression et destinée à etre reliée à la canalisation d'air (14) une valve de dérivation (44) reliée à la dérivation (42) plusieurs buses haute pression (36, 38, 40) reliées à des valves (34) de commande de ces dernières, lesdites valves étant reliées à l'autre extrémité de la conduite (20) d'alimentation en air haute pression, les extrémités des buses étant logées dans la chambre de mélange (28) pour mélanger l'air haute pression avec l'air basse pression un régulateur de température (50) relié aux valves (34) de commande des buses pour ouvrir et fermer ces dernières, le régulateur étant aussi relié à la valve de dérivation (44) pour l'ouvrir et la fermer t et un capteur thermometrique (46) destine à être relié a la canalisation d'air tl4) pour repérer la tempXrature de l'air mélange, ledit capteur Entant aussi relie au régulateur de tempOrature (50) pour l'asservir. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des buses (36, 38, 40) sont centrEes dans la section d'entrée (26) de la chambre de mélange (28). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de mélange (28) comporte en outre un tube de diffusion (30) intercalé entre la section d'entrée (26) et la section de sortie (32) de la chambre (28), la section d'entrée (26) décroi8sant vers l'intérieur pour se raccorder au tube de diffusion (30) tandis que la section de sortie (32) croit vers l'exte- rieur & partir dudit tube de diffusion. 4. Appareil selon la revendication 1, carac torse en ce que les orifices (56, 58, 60) des extrémités individuelles des buses (36, 38, 40) présentent une section différente pour etablir un rapport échelonné de l'air haute pression mélangé avec l'air basse pression lorsque les buses sont ouvertes et fermées. 5. Appareil destiné à melanger de l'air haute pression et de l'air basse pression provenant d'un moteur à réaction et à introduire l'air mélangé dans une canalisation d'air du système de climatisation d'un avion, appareil caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (16) d'alimentation en air basse pression destinée à etre reliée par une extrémité' à l'orifice (18) d'échappement de l'air base pression du moteur à reaction (12) une conduite (20) d'alimentation en air haute pression destinée à être reliée par une extrémité à l'orifice (22) d'échappement de l'air haute pression du moteur à réaction (12) ;; une chambre de mélange (28) ayant une section d'entrée (26) reliée à l'autr extrémité de la conduite (16) d'alimentation en air basse pression, ladite section d'entrée décroissant vers l'intérieur pour se raccorder a un tube de diffusion (3O)qui est relié à-une section de sortie (32) croissant vers l'extérieur, ladite section de sortie étant destinee à être reliée à la canalisation d'air (14 > ; une dérivation (42) d'alimentation en air haute pression reliée à la conduite (20) d'alimentation en air haute pression et destinée à être également reliée a la canalisation d'air (14) une valve de dérivation (44) reliée à la dérivation (42) ;; des première, deuxième et troisième buses haute pression (36, 38, 40) relies à des première, deuxième et troisième valves (34) de commande desdites buses respectivement, lesdites valves étant reliées à la conduite (20) d'alimentation en air haute pression, les extrémités des buses étant placées dans la chambre de mélange (28) pour mélanger l'air haute pression avec l'air basse pression ; un régulateur de température (50) relié aux valves de commande des buses pour les ouvrir et les fermer, ledit régulateur étant aussi relié à la valve de dérivation (44) pour l'ouvrir et la fermer ; et un capteur thermométrique (46) destiné à étre relié à la canalisation d'air (14) afin de repérer la température de l'air mélangé, ledit capteur (46) étant aussi relié au régulateur de température (50) pour l'asservir. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités des premiere, deuxième et troisième buses (36, 38, 40) sont centrées dans la section d'entrée (26) de la chambre de mélange (28). 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les orifices (56, 58, 60) des extrémités individuelles des première, deuxième et troisième buses (36, 38 et 40) présentent chacun une section différente pour établir un rapport échelonné de l'air haute pression mélangé avec l'air basse pression lorsque les buses sont ouvertes et fermées.