Brevet FR2556451A1 — publié le 19850614

Système de conditionnement d'air par recyclage de l'air à grand rendement. La présente invention concerne, d'une manière générale, des systèmes de conditionnement d'air par recyclage de l'air et, plus particulièrement, un sys- tème de conditionnement d'air par recyclage d'air d'un meilleur rendement actionné par un moteur à turbine à gaz. Les systèmes de conditionnement d'air par recyclage de l'air sont des dispositifs bien connus qui sont couramment utilisés pour le refroidissement et la pressurisation de compartiments tels que les cabines passagers des avions commerciaux et militai- res. Une raison de la popularité dont jouissent de tels systèmes, réside dans le degré de refroidisse- ment substantiel que permettent d'obtenir des systè- mes à recyclage d'air de dimensions relativement mo- destes. Une autre raison de la popularité de ces systèmes a résidé dans leurs possibilités d'adapta- tion à des véhicules mus par un moteur à turbine à gaz, la section de décharge de compresseur du moteur à turbine à gaz constituant une source commode d'air de réfrigération sous pression pour le système de conditionnement d'air. Spécifiquement, dans les systèmes de condi- tionnement d'air à recyclage d'air de l'état de la technique, on utilise un compresseur qui reçoit l'air sous pression provenant d'une source quelconque, qui comprime davantage cet air et qui le décharge en di- rection d'un échangeur de chaleur dans lequel l'air cède une partie de la chaleur de compression. De cet échangeur de chaleur, l'air comprimé est acheminé à une turbine d'expansion dans laquelle le travail développé par l'air pour mouvoir le rotor de la tur- bine, provoque une expansion et un refroidissement rapides de l'air, l'air ainsi refroidi étant ensuite déchargé en direction d'une charge telle qu'une cabine d'avion. La turbine est reliée au compresseur en un système "bootstrap" grâce auquel la mise en rotation du rotor de la turbine par l'air en expansion fournit l'énergie d'entrée au compresseur. Ces systèmes de conditionnement d'air à recy- clage d'air étaient pour la plupart des systèmes à boucle ouverte. En d'autres termes, après le refroi- dissement de la charge, l'air de réfrigération est évacué hors de bord, une partie minime seulement de cet air étant, dans certains cas, recyclée à l'échappe- ment de la turbine en vue d'y faire fondre la glace de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4.374.469 au nom de Rannenberg. Bien que les systèmes de conditionnement d'air à recyclage de l'air et à boucle ouverte tels que ceux décrits ci-dessus assurent un refroidisse- ment et une pressurisation efficaces, lorsque de tels systèmes sont à la fois chargés et entraînés par des moteurs à turbine à gaz, l'accroissement rapide du coût et la disponibilité moindre des carburants pour moteurs à turbine à gaz font que l'on est amené à poursuivre sans relâche les recherches en vue d'amé- liorer le rendement de ces systèmes. De tels accrois- sements de rendement sont requis non seulement pour minimiser l'énergie dépensée par le moteur (et, par conséquent, la consommation de carburant de ce der- nier) lors de la mise en service du système de con- ditionnement d'air, mais également pour réduire au minimum les dimensions physiques du système. Tout comme la recherche d'un meilleur rendement, la re- cherche d'une plus grande compacité du système est importante pour la réduction des coûts en carburant associés au fonctionnement du système, ainsi que pour permettre l'utilisation de ce dernier dans le milieu ambiant confiné associé à bon nombre de véhicules mus par moteur à turbine à gaz tels que les missiles de croisière, les avions militaires, les chars et autres véhicules terrestres et aériens. En conséquence, un objet principal de la présente invention est de fournir un système de con- ditionnement d'air par recyclage de l'air à grand rende- ment actionné par un moteur à turbine à gaz. Un autre objet de la présente invention est de fournir un tel système de conditionnement d'air par recyclage d'air caractérisé par une plus grande compacité. Ces objets, ainsi que d'autres qui apparal- tront plus clairement à la lecture de la description détaillée et des revendications ci-après en se réfé- rant aux dessins annexés, sont réalisés grâce au sys- tème de conditionnement d'air à recyclage d'air de la présente invention, dans lequel pratiquement tout le flux d'air refroidi acheminé à la charge est, après son refroidissement, recyclé à l'entrée du com- presseur "bootstrap" du système, de telle sorte que la turbine reliée à ce dernier, ainsi que la charge définissent un système de circulation à boucle fermée sous haute pression dans lequel est chargé l'air de réfrigération fourni par un moteur à turbine à gaz et injecté dans la boucle de réfrigération fermée en- tre la charge et l'entrée du compresseur du système. Un tel système à boucle fermée permet une réutilisa- tion cyclique de la charge d'air réfrigérant dans le système, si bien que le moteur à turbine à gaz action- nant le système ne doit pas fournir continuellement de l'air de réfrigération frais à la charge comme c'est le cas dans les systèmes de conditionnement d'air à recyclage d'air actionnés par un moteur àturbine à gaz de la technique antérieure. Il en résulte évidemrent un accrois- sement de rendement du système en raison de la réduc- tion de la charge que le système impose au moteur à turbine constituant la source motrice. De plus, le recyclage de la totalité de l'air réfrigérant de la charge au compresseur du système plutôt que son éva- cuation dans l'atmosphère ambiante a essentiellement pour effet de "sceller" la boucle du système, permet- tant ainsi de faire fonctionner ce dernier à des pres- sions d'agent réfrigérant supérieures à celles des systèmes à boucle ouverte de la technique antérieure. Une mise en service à ces pressions plus élevées amé- liore davantage le rendement du système en réduisant les pertes parasites associées à l'appareil de dis- tribution de fluide du système. Les pressions opéra- toires plus élevées du système sont également la cause de plus fortes densités d'agent réfrigérant grâce auxquelles le refroidissement est effectué avec de plus petits volumes d'air et, par conséquent, avec un appareil plus compact. Le raccordement entre la charge et l'entrée du compresseur rend également com- mode l'échange de chaleur régénératif entre l'air évacué de la charge et l'air d'entrée de la turbine, améliorant ainsi davantage le rendement du système en tirant un profit plus complet des capacités de re- froidissement de ce dernier. Le système de la présente invention comprend également un moyen tel qu'un thermostat destiné à dé- tecter les besoins de refroidissement de la charge et à la sortie duquel est engendré un signal indiquant ces besoins, signal qui est transmis à un moyen de contrôle tel qu'une soupape qui règle le débit d'air à travers le système en réponse à ce signal, si bien que la puissance de sortie du système (et, par consé- quent, la puissance d'entrée qui lui est fournie) est limitée par la demande de refroidissement de la char- ge. Cette soupape de contrôle de la puissance de sortie du système peut être disposée dans une canali- sation par laquelle la charge d'air réfrigérant est acheminée au système à partir de la section de dé- charge du compresseur du moteur à turbine à gaz, ou dans une canalisation qui met la turbine du système en dérivation, réglant ainsi la quantité d'air achemi- née via la turbine. Une régulation complémentaire ayant pour but de réduire la puissance de refroidis- sement du système peut être assurée par une soupape de contrôle montée dans une canalisation d'échappe- ment partant du côté de décharge du compresseur et aboutissant hors de bord en vue de réduire davantage la charge d'air mise en circulation dans le système à boucle fermée, cette soupape de contrôle étant ré- glée de la même manière que la soupape de contrôle d'entrée mentionnée ci-dessus, c'est-à-dire en répon- se à la demande de refroidissement de la charge. Pour des pressions opératoires accrues du système, de l'air d'alimentation peut être acheminé au compresseur "bootstrap" de ce dernier au départ du moteur à turbine à gaz à l'intervention d'un com- presseur auxiliaire qui élève graduellement la pres- sion de l'air par rapport à celle de la section de décharge du compresseur du moteur. Le compresseur auxiliaire est entrainê soit par le rotor du moteur à turbine à gaz, soit par une turbine de puissance elle- même entraînée par l'air purgé de la section de décharge du compresseur du moteur. Tout comme le compresseur aixiliaire, le compresseur principal "bootstrap"' du système peut être entraîné soit direc- tement par le rotor du moteur à turbine à gaz, soit indirectement au moyen d'une transmission hydrauli- que ou électrique comnandée par le rotor du moteur à turbine à gaz, ou au moyen d'une turbine de puissance entraînée par l'air de décharge du compresseur du mo- teur. Le rendement de la turbine de puissance est contrôlé en réglant le débit de l'air de décharge de compresseur qu'elle reçoit, soit à l'intervention d'une soupape de contrôle, soit, en variante, au moyen d'une entrée de turbine de puissance à géométrie variable qui est réglée en fonction des besoins de refroidissement de la charge. Dans les dessins annexes: la figure 1 est une représentation schémati- que d'une forme de réalisation préférée du système de conditionnement d'air à recyclage d'air de la pré- sente invention; la figure 2 est une représentation schémati- que d'une première variante du système de condition- nement d'air à recyclage d'air; la figure 3 est une représentation schémati- que d'une deuxième variante du système de la présente invention; la figure 4 est une représentation schémati- que d'une troisième variante du système de condition- nement d'air de la présente invention; et la figure 5 est une représentation schémati- que d'une quatrième forme de réalisation du système de conditionnement d'air de la présente invention. En se référant à la figure 1, le système de conditionnement d'air à recyclage d'air de la pré- sente invention qui est indiqué d'une manière géné- rale en 10, est à la fois chargé et entraîné par un moteur à turbine à gaz 15, ce système assurant le refroidissement et, au besoin, la pressurisation d'une charge 20. Spécifiquement, le moteur à turbine à gaz 15 comprend un compresseur 22 entraîné par une turbine 25, les rotors de la turbine et du compres- seur étant solidarisés par un arbre 30 sur lequel est monté un engrenage conique 35. De façon bien connue dans la technique des moteurs à turbine, l'air est aspiré dans le compresseur, il est compri- mé à une pression élevée, puis il est déchargé du compresseur à la section de décharge 37 avant d'être mélangé avec un carburant dans le brûleur 40 o a lieu la combustion du mélange air-carburant. Les produits de combustion expulsés du brûleur 40 sont acheminés à la turbine 25, entrainant ainsi cette dernière à la fois pour actionner le compresseur et pour engendrer une poussée utile via une tuyère d'échappement 45. L'air provenant de la section de décharge de compresseur 37 du moteur à turbine à gaz 15 est chargé dans le système de réfrigération 10 via une canalisation 50 dans laquelle sont montés un clapet de retenue 55 et une soupape de contrôle 60. Cet air d'alimentation du système est spécifiquement sous une pression se situant dans l'intervalle allant de 2, 069 à 6,897 bars. De la canalisation 50, l'air de charge est acheminé, via une canalisation 65, à un compresseur auxiliaire 70 qui précomprime l'air ré- frigérant de la boucle fermée, l'air précomprimé étant déchargé en direction d'un compresseur "boot- strap" d'agent réfrigérant 75 via une canalisation 80. Le compresseur 75 comprime davantage l'air ré- frigérant en vue de sa distribution à un échangeur de chaleur à piège-85 via une conduite 90. Le rap- port de pression combiné du compresseur auxiliaire 70 et du compresseur "bootstrap" 75 est spécifiquement de l'ordre de 3 à 1 au point de fonctionnement du système à la capacité de refroidissement maximum. La conduite 95 communique avec la conduite 90 en aval du compresseur 75 et elle renferme une soupape de contrôle 100 en vue d'assurer l'évacuation sélective de l'air d'alimentation comprimé hors de bord en ré- ponse à des besoins de refroidissement réduits de la charge qui sollicite une plus faible pression d'air réfrigérant de la boucle fermée, ainsi qu'on le dé- crira ci-après plus en détail. L'air réfrigérant comprimé est refroidi à l'intérieur de l'échangeur de chaleur à piège 85 en y maintenant un échange de chaleur entre l'air comprimé et un piège thermique approprié tel que l'air ambiant plus froid. De l'échangeur de chaleur à piège, l'air comprimé est acheminé, via une conduite 105, à un échangeur de chaleur à régénération 110 et, de ce dernier, via une conduite 115, à une turbine d'expansion (refroidisse- ment) 120 dont le rotor est solidarisé au rotor du compresseur "bootstrap" 75 par un arbre 125. En pas- sant à travers la turbine 120, l'air comprimé fait tourner le rotor de cette dernière (et, par conséquent, le rotor du compresseur 75), agissant ainsi sur ce rotor en provoquant l'expansion de l'air contenu dans la turbine, de telle sorte que l'air soit spécifique- ment réfrigéré pour assurer une chute de température d'environ 30 C à mesure que sa pression est abaissée d'un rapport de 3: 1. L'air en expansion ainsi ré- frigéré est évacué de la turbine par une conduite 130 qui l'achemine à un échangeur de chaleur 135 faisant partie de la charge 20. Dans cet échangeur de cha- leur de la charge, l'air déchargé de la turbine de refroidissement 120 refroidit un fluide d'échange de chaleur liquide tel que, par exemple, l'éthylène- glycol circulant à travers une boucle fermée 140 en- tre l'échangeur de chaleur de charge et une charge à refroidir 145 telle qu'un compartiment renfermant l'équipement électrique d'un avion, ou encore un vé- hicule terrestre ou n'importe quel autre volume dont le refroidissement doit être assuré au moyen du fluide réfrigéré circulant dans la boucle 140. Une pompe fait circuler le fluide dans la boucle 140 entre l'échangeur de chaleur de charge 135 et le compar- timent 145. Afin de tirer pleinement profit de la capacité de refroidissement résiduelle de l'air, l'air évacué de l'échangeur de chaleur de charge est achemi- né à travers l'échangeur de chaleur à régénération 110 o il est maintenu en relation d'échange de chaleur avec l'air acheminé à l'entrée de la turbine 120 via les conduites 105 et 115 en vue du prérefroidissement de l'air d'entrée de la turbine. L'air est déchargé de l'échangeur de chaleur à régénération 110 dans la conduite 65 par laquelle il est renvoyé au compres- seur auxiliaire 70 en vue de son recyclage à travers le système de conditionnement d'air 10. Les soupapes de contrÈle 60 et 100 sont ac- tionnées en réponse à des capteurs (thermostats) 160 et 165 disposés à l'intérieur du volume 145. Ces thermostats engendrent des signaux indiquant les tem- pératures réelle et désirée dans le volume 145, si- gnaux qui sont transmis à des contrôleurs/actionneurs et 175 via des lignes 180 et 185 respectivement. Ces contrôleurs/actionneurs 170 et 175 sont solidari- sés mécaniquement aux soupapes 60 et 100 à l'interven- tion de n'importe quel moyen de liaison approprié tel que des tringlages ou analogues indiqués par des li- gnes 190 et 195. D'après la descriptionci-dessus, le fonction- nement du système 10 est évident. Le compresseur auxiliaire 70 précomprime l'air provenant de la sec- tion de décharge 37 du compresseur du moteur à tur- bine à gaz 15 avant sa distribution au compresseur principal 75 du système. Le compresseur 75 comprime davantage l'air et le décharge en direction de l'échangeur de chaleur à piège 85 dans lequel l'air comprimé cède sa chaleur à l'air ambiant ou à n'im- porte quel autre piège thermique approprié prévu à cet effet. L'air comprimé est refroidi davantage dans l'échangeur de chaleur à régénération 110 par le rejet de la chaleur dans l'air déchargé de l'échangeur de chaleur de charge 135 avant l'intro- duction de l'air comprimé dans la turbine d'expan- sion 120 dans laquelle l'air est soumis à une expan- sion et réfrigéré en vue de sa distribution à l'échangeur de chaleur de charge 135. L'agent ré- frigérant liquide circulant dans la boucle 140 est réfrigéré à l'intérieur de l'échangeur de chaleur et acheminé au volume 145 en vue de son refroidis- sement. L'air déchargé de l'échangeur de chaleur de charge est évacué en direction de l'échangeur de chaleur à régénération en vue du prérefroidissement de l'air d'entrée de la turbine comme décrit ci- dessus, après quoi il est dirigé vers le compresseur auxiliaire 70 o il est à nouveau précomprimé pour le cycle suivant. La capacité du système de conditionnement d'air 10 est contrôlée et sa puissance d'entrée est limitée par les soupapes 60 et 100 qui déterminent la pression de l'air réfrigérant dans la boucle. Dans des conditions stables, c'est-à-dire lorsque le refroidissement assuré par le système 10 est égal à celui requis par le volume 145, en supposant qu'il n'y ait aucune fuite d'air hors du système, les deux soupapes 60 et 100 sont maintenues dans une position de fermeture par les contrôleurs/actionneurs 170 et , tandis que les différents débits et pressions à l'intérieur du système restent constants, tout com- me la puissance de refroidissement de ce dernier. Au cas o le volume 145 nécessite un refroidissement 1l moins intense, le contrôleur/actionneur 175 ouvre la soupape de contrôle 100 pour évacuer l'agent réfri- gérant hors de bord, réduisant ainsi la pression d'agent réfrigérant à l'intérieur du système 10 avec, pour conséquence, une réduction de la puissance sur l'arbre absorbée par le compresseur auxiliaire 70 et de l'énergie cinétique absorbée par le compresseur principal 75 du système, à partir de l'air de décharge du compresseur du moteur-à turbine à gaz. Il en ré- sulte évidemment une réduction de l'énergie dépensée par le moteur 15 pour entraîner le système. Si les besoins de réfrigération du volume 145 diminuent sen- siblement, l'actionneur/contrôleur 175 ouvre complète- ment la soupape 100 en réponse à un signal de sortie du capteur 165, tandis que l'actionneur/contrôleur 170 ferme complètement la soupape de contrôle 60 en ré- ponse à un signal de sortie du capteur 160 en vue d'une réduction maximum de la pression d'agent réfri- gérant et de la puissance d'entrée du système. Lors- que les besoins de refroidissement du volume 145 aug- mentent, l'actionneur/contrôleur 175 ferme la soupape de contrôle 100 en réponse au signal de sortie du thermostat 165, tandis que l'actionneur/contrôleur 170 ouvre la soupape de contrôle 60 en réponse au signal de sortie du thermostat 160, élevant ainsi la pres- sion d'agent réfrigérant à l'intérieur du système 10 afin d'accroître la capacité et, partant la puissance de sortie de ce dernier. On constate que le système de climatisation à recyclage d'air actionné par un moteur à turbine à gaz suivant la présente invention assure un refroi- dissement efficace de la charge avec un meilleur ren- dement. Etant donné que le système est du type à boucle fermée, dans des conditions stables, le moteur à turbine à gaz doit fournir uniquement l'énergie nécessaire pour obtenir la réfrigération requise à partir d'une quantité constante d'air réfrigérant et, par conséquent, il n'est pas nécessaire d'assu- rer une alimentation continue d'air réfrigérant com- me c'est le cas dans les systèmes à boucle ouverte dans lesquels l'air réfrigérant est évacué hors de bord après le refroidissement de la charge. De plus, en raison de sa nature à boucle fermée, le système peut fonctionner à des pressions d'agent réfrigérant sensiblement supérieures aux pressions opératoires des systèmes à boucle ouverte. Lorsque la soupape de contrôle pour l'air d'entrée est complètement ou- verte, la pression la plus basse régnant dans le système équivaut à la pression de décharge maximum du compresseur du moteur et à la pression la plus élevée atteinte dans la boucle, la pression d'entrée de la turbine de refroidissement étant spécifique- ment supérieure d'un rapport de pression de 3 à 1. Ces pressions plus élevées dans la boucle d'air se manifestent par des densités d'air supérieures, per- mettant ainsi une réfrigération avec de plus faibles débits volumétriques d'air réfrigérant et, partant, avec un équipement plus compact que dans les systèmes à boucle ouverte fonctionnant à des pressions infé- rieures. De plusr un fonctionnement à des pressions plus élevées réduit les pertes d'écoulement dues aux pertes de charge par unité d'écoulement pondérale d'air, améliorant ainsi davantage le rendement du système. L'échange de chaleur régénératif ayant lieu entre l'air déchargé de l'échangeur de chaleur de charge et l'air d'entrée de la turbine améliore da- vantage le rendement du système, en particulier, lors- que la différence de température entre l'air péné- trant dans l'échangeur de chaleur de charge 135 et ce- lui qui en sort, est sensiblement inférieure à la 2556451. différence de température entre le volume 145 et le piège thermique (air ambiant) vers lequel la chaleur provenant de l'air de décharge du compresseur du sys- tème est rejetée dans l'échangeur de chaleur 85. Dans ces conditions, l'air réfrigérant perd une fraction seulement de sa capacité de refroidissement lors de son passage à travers l'échangeur de chaleur de char- ge 135, le passage à travers l'échangeur de chaleur à régénération 110 permettant d'utiliser le reste de la capacité de refroidissement de l'air de la charge pour le refroidissement préalable de l'air d'entrée de la turbine 120. Les autres figures des dessins annexés illus- trent des variantes du système de conditionnement d'air à recyclage d'air actionné par une turbine à gaz, les mêmes chiffres de référence désignant des éléments correspondants. Dès lors, on constatera que le système illustré en figure 2 fonctionne exacte- ment de la même manière que le système de la figure 1, sauf en ce qui concerne le contrôle de la capacité du système. En figure 1, le contrôle de la capacité et, par conséquent, le contrôle de la puissance d'en- * trée, ainsi que le contrôle de la puissance de réfri- gération ont été effectués en contrôlant l'admission de l'air du compresseur du moteur à turbine à gaz dans le système, ainsi que l'évacuation, hors de bord, de l'air de décharge du compresseur du système. Dans la forme de réalisation de la figure 2, la capacité et, par conséquent, la puissance d'entrée et la puis- sance de sortie du système sont contrôlées en modu- lant la quantité d'air comprimé qui est mise en déri- vation de la turbine d'expansion 120 du système. En se référant à la figure 2, une partie de l'air de dé- charge du compresseur du système est amenée en déri- vation de la turbine via une conduite 210 qui relie 14 - les conduites 115 et 130 et dans laquelle est dispo- sée une soupape de contrôle 215. Cette soupape 215 est actionnée par un contrôleur/actionneur 220 réa- gissant au signal de sortie d'un thermostat 225 monté dans le volume constituant la charge. Dès lors, on comprendra que l'ouverture de la soupape de contrôle 215 par l'actionneur/contrôleur 220 en réponse à un signal indiquant des besoins de réfrigération réduits aura pour effet de réduire le débit d'air à travers la turbine d'expansion et, partant, l'intensité du refroidissement pouvant être assuré par l'échangeur de chaleur 135 de la charge et l'échangeur de cha- leur à régénération 110. De la même manière, la fer- meture de la soupape 215 donnera lieu à un accroisse- ment de la quantité d'air réfrigérant circulant à travers la turbine d'expansion 120 et, partant, de l'intensité de la réfrigération pouvant être assurée dans l'échangeur de chaleur de la charge et l'échan- geur de chaleur à régénération. Tout comme dans la première forme de réalisation, dans cette deuxième forme de réalisation, la modulation de la pression de l'agent réfrigérant et, par conséquent, de la puissance d'entrée du système est obtenue au moyen de la soupape de contrôle 60 qui règle l'admission de l'air de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz en réponse au signal de sortie du thermostat 160. De même, en figure 2, l'accouplement d'arbres a été remplacé par une turbine de puissance 226 reliée au compresseur auxiliaire par un arbre 227 et entraînée par l'air provenant de la section de décharge 37 du compresseur du moteur. Cet air est acheminé à la turbine de puissance via une conduite 228 et il en est évacué hors de bord par la tuyère de décharge 229. Dans la forme de réalisation illustrée en figure 3, l'évacuation de l'air déchargé du compres- seur du système pour le contrôle de la capacité de ce dernier a été supprimée. Il est vraisemblable que des fuites normales d'air réfrigérant se produiront dans le système et, par conséquent, le contrôle de la capacité du système peut être effectué par la modulation de l'air d'entrée à l'intervention de la soupape 60 seule. En conséquence, on comprendra qu'une réduction de capacité est obtenue par la fer- meture de la soupape 60, de telle sorte que les fuites normales du système ne soient pas compensées par l'air de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz. Une augmentation de capacité est obtenue en ouvrant la soupape 60, élevant ainsi la pression à l'intérieur du système. Il est également à noter que, dans cette forme de réalisation, le compresseur auxiliaire a été supprimé, tandis que le compresseur principal du système est actionné en partie par la turbine d'expansion comme c'est le cas enfigure 1 et en partie moyennant un accouplement (via le rotor de turbine) au rotor du moteur à turbine à gaz à l'intervention d'un arbre 230 et d'un engrenage 235. Dans la forme de réalisation de la figure 4, le compresseur 75 est entraîné par une turbine de puissance 240 qui y est reliée au moyen d'un arbre 245. La turbine de puissance 240 est entraînée par l'air qui lui est fourni par la section de décharge 37 du compresseur du moteur à turbine à gaz via une conduite 247. Une soupape 60 contrôle simultanément le volume d'air réfrigérant chargé dans le système 10 et alimentant la turbine 240, contrôlant ainsi simul- tanément la capacité du système et sa puissance d'en- trée. L'air entraînant la turbine 240 en est évacué hors de bord par une tuyère de décharge 250. Dans la forme de réalisation de la figure 5, on utilise une turbine de puissance pour entraîner le compresseur 75 tout comme dans la forme de réalisa- tion de la figure 4. Toutefois, en figure 5, la ca- pacité du système et sa puissance d'entrée sont con- trôlées par des aubes réglables de tuyère d'admission de turbine 260 qui sont mues par un actionneur 265 réglant la section d'entrée effective en réponse à un contrôleur 270, lequel réagit à un signal émis à la sortie d'un thermostat 275 prévu dans la charge. Aucune modulation de l'air d'entrée du compresseur 75 par une soupape de contrôle n'est requise. En consé- quence, en figure 5, il apparaît qu'une plus forte demande de réfrigération donne lieu à l'ouverture de l'entrée de turbine 260, augmentant ainsi la puissan- ce d'entrée de la turbine et, partant, du compresseur 75. Une telle augmentation de la puissance d'entrée de la turbine a un effet double, à savoir un accrois- sement du rapport de pression effectif en travers du compresseur principal 75 du système, élevant ainsi la pression de l'air déchargé de ce dernier, ainsi qu'un accroissement du débit d'air à partir de la section de compresseur 37 du moteur à turbine à gaz 15. De la même manière, une réduction de la demande de réfrigération de la charge entraîne un réglage des aubes d'entrée-de la turbine dans le sens A'uLe réduction de la puissance d'entrée de la turbine et, partant du compresseur 75, ce qui a pour effet d'abaisser le rapport de pression en travers du com- presseur 75 et de réduire le débit d'air à travers ce dernier. Bien que les formes de réalisation de la présente invention décrites ici puissent différer en ce qui concerne les mécanismes utilisés pour contrô- ler la puissance d'entrée du système 10 et sa capa- cité, ces formes de réalisation présentent toutes les caractéristiques communes d'un système de réfrigéra- tion à boucle fermée et à recyclage d'air sous haute pression chargé et entraîné par un moteur à turbine à gaz et comprenant un moyen de contrôle qui réagit aux besoins de refroidissement en vue d'adapter la capacité du système aux besoins de refroidissement en conférant ainsi une compacité et un rendement optima au système. Bien que l'on ait illustré différentes formes de réalisation, on comprendra que diverses mo- difications apparaîtront à l'homme de métier à la !0 lecture de la description ci-dessus et il est entendu que les revendications ci-après couvrent ces modifica- tions dans la mesure o elles rentrent dans le cadre et l'esprit réel de la présente invention. - 18 - REVENDICATIONS 1. Système de réfrigération à recyclage d'air destiné à fournir de l'air réfrigéré à une charge en vue de son refroidissement, ce système étant conçu pour recevoir une charge d'air comprimé de la section de décharge (37) du compresseur (22) d'un moteur à turbine à gaz (15), tandis qu'il comprend un compres- seur (75) d'agent réfrigérant destiné à accroître la pression de cet air réfrigérant, le courant d'air déchargé du compresseur d'agent réfrigérant étant di- rigé vers une turbine d'expansion (120) en vue d'y être refroidi et d'en être déchargé en direction de la charge (135), cette turbine d'expansion (120) et le compresseur (75) d'agent réfrigérant étant solida- risés mécaniquement, de telle sorte que la turbine d'expansion fournisse une mesure de la puissance d'entrée pour entraîner le compresseur d'agent ré- frigérant, ce système de réfrigération à recyclage d'air étant caractérisé par: un moyen (110) destiné à évacuer pratiquement la totalité-du courant d'air de la charge (135) vers une entrée du compresseur (75) d'agent réfrigérant, de telle sorte que ce dernier (75), la turbine d'ex- pansion (120) et la charge (135) définissent un sys- tème de circulation à boucle fermée; une première (50) conduite reliant la section de décharge (37) du compresseur (22) du moteur à turbine à gaz (15) au système de circulation à boucle fermée entre la sortie de la turbine d'expansion et l'en- trée du compresseur d'agent réfrigérant en vue de fournir la charge d'air au système de réfrigération, de telle sorte que la pression d'air du système puisse être maintenue au moins pratiquement au même niveau que la pression de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz; un moyen (160;165;225) destiné à détecter les besoins de refroidissement de la charge et d'engen- - 19 - drer un signal de sortie indiquant les besoins; et un premier moyen de contrôle (60;100;210) dispo- sé dans le système de réfrigération et réagissant au signal de sortie du moyen de détection (160) en vue de contrôler le débit d'air à travers le système de réfrigération, contrôlant ainsi la capacité de ce dernier en fonction des besoins de refroidissement de la charge. 2. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen de contrôle (60;100) comprend une sou- pape de contrôle (60) disposée dans la première con- duite (50) en vue de contrôler le débit d'air d'ali- mentation en direction du système de réfrigération. 3. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 1, caractérisé par: une deuxième conduite (210) par laquelle une partie au moins de l'air de décharge du compresseur (75) d'agent réfrigérant est amenée en dérivation de la turbine d'expansion (120); le premier moyen de contrôle (60;100;215) compre- nant une soupape de contrôle (215) disposée dans cette deuxième conduite (90) en vue de contrôler le débit d'air de dérivation autour de la turbine (120). 4. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 1, caractérisé par: une troisième conduite (95) dont une entrée com- munique avec le système à boucle fermée à la sortie du compresseur (75) d'agent réfrigérant, cette con- duite assurant la décharge hors de bord; le premier moyen de contrôle (60; 100) comprenant une soupape de contrôle (100) disposée dans cette troisième conduite en vue de contrôler le débit de l'air de décharge du compresseur (75) d'agent réfri- gérant qui est évacué hors de bord du système de ré- frigération 5. Système de réfrigération à recyclage d'air - 20 - selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de circulation à boucle fermée comprend un échangeur de chaleur à piège (85) disposé entre la sortie du compresseur (75) d'agent réfrigérant et l'entrée de la turbine d'expansion (120), cet échan- geur de chaleur à piège (85) maintenant-l'air déchar- gé du compresseur (75) d'agent réfrigérant en rela- tion d'échange de chaleur avec un piège thermique en vue de prérefroidissement de l'air de décharge du compresseur (75) d'agent réfrigérant avant l'admis- sion de cet air dans la turbine d'expansion (120). 6. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piège thermique comprend un fluide normalement à une température inférieure à celle de l'air de déchar- ge du compresseur d'agent réfrigérant. 7. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de circulation à boucle fermée comprend un échangeur de chaleur à régénération (110) communi- quant avec la. sortie du compresseur (75) d'agent ré- frigérant, ainsi qu'avec l'entrée et l'échappement de la turbine d'expansion (120), cet échangeur de chaleur à régénération (110) maintenant l'air dé- chargé du compresseur (75) d'agent réfrigérant en relation d'échange de chaleur avec l'air évacué de la turbine d'expansion (120) en vue du prérefroidis- sement de l'air de décharge du compresseur (75) d' agent réfrigérant avant l'admission de cet air dans la turbine d'expansion (120). 8. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge comprend: un moyen devant être refroidi (20); un échangeur de chaleur de charge (135) en com- munication d'écoulement de fluide avec l'échappement de la turbine d'expansion (120); et - 21 - une boucle fermée (140) de circulation de fluide s'étendant entre le moyen à refroidir (20) et l'échan- geur de chaleur (135) en vue de dissiper la chaleur du moyen à refroidir (20) et de la transférer dans l'échangeur de chaleur (135) à destination de l'échap- pemnent de la turbine d'expansion (120). 9. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 1, caractérisé par un compres- seur auxiliaire (70) entraîné par le moteur à turbine à gaz (15) et alimenté en air à partir de la section de décharge (37) du compresseur (22) de ce moteur (15) au moyen de la première conduite (50), la décharge de ce compresseur auxiliaire (70) étant raccordée à l'entrée du compresseur (75) d'agent réfrigérant en vue de précomprimer l'air qui lui est fourni par le moteur à turbine à gaz (15). 10. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rotor du moteur à turbine à gaz (15) est solidarisé mécaniquement au rotor du compresseur auxiliaire (70) en vue de l'entraînement de ce dernier. 11. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 9, caractérisé par une tur- bine de puissance (226) disposée en communication d'écoulement de fluide avec la section de décharge (37) du compresseur (22) du moteur a turbine & gaz (15) et entraînée par l'air qui y est ainsi acheminé, une partie du rotor de cette turbine de puissance (226) étant solidarisée mécaniquement au rotor du compresseur auxiliaire (70) en vue de l'entrainement de ce dernier. 12. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor du moteur à turbine à gaz (15) est solidarisé mécaniquement au rotor du compresseur (75) d'agent réfrigérant en vue de l'entraînement de ce dernier. 13. Système de réfrigération à recyclage d'air - 22 - selon la revendication 1, caractérisé par une tur- bine de puissance (240) disposée en communicatiorn d'écoulement de fluide avec la section de décharge (37) du compresseur (72) du moteur a turbine à gaz (15) et entraînée par l'air qui y est ainsi acheminé, une partie du rotor de cette turbine de puissance (250) étant solidarisée mécaniquement au rotor du compresseur (75) d'agent réfrigérant en vue de l'en- tralnement de ce dernier. 14. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 13, caractérisé en ce que la turbine de puissance (250) communique avec la section de décharge (37) du compresseur (22) du moteur à tur- bine a gaz (15) au moyen de la première conduite (50). 15. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 14, caractérisé en ce que le premier moyen de contrôle (60;100;215) comprend une soupape de contrôle (60) disposée dans la première conduite (50) en vue de contrôler à la fois le débit d'air d'alimentation pour le système de réfrigération et le débit d'air pour l'entraînement de la turbine de puissance (250). 16. Système de réfrigération à recyclage d'air selon la revendication 14, caractérisé en ce que le premier moyen de contrôle (60;100;215) comprend une entrée variable (260) de la turbine de puissance (250). 17. Procédé en vue de refroidir une charge à l'aide d'un système de réfrigération à recyclage d'air, ce procédé comprenant les étapes qui consistent à acheminer une charge d'air de la section de décharge du compresseur d'un moteur à turbine à gaz à l'entrée d'un compresseur d'agent réfrigérant de ce système de réfrigération, comprimer d'avantage cet air d'ali- mentation dans le compresseur d'agent réfrigérant, refroidir cet air d'alimentation comprimé moyennant un transfert de chaleur de ce dernier à un piège thermique, réfrigérer et provoquer l'expansion de cet air comprimé dans une turbine d'expansion, puis refroidir la charge en y faisant passer cet air réfri- géré en expansion, ce procédé étant caractérisé par les étapes qui consistent à: acheminer la charge d'air au système de réfrigé- ration sans pratiquement en abaisser la pression; et évacuer l'air réfrigéré en expansion de la charge et acheminer pratiquement la totalité de l'air évacué de la charge à l'entrée du compresseur d'agent réfrigérant, de telle sorte que le système de réfrigération fonctionne en un cycle de Brayton à boucle fermée à des pressions au moins pratiquement aussi élevées que la pression de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz. 18. Procédé selon la revendication 17, carac- térisé par les étapes qui consistent à: détecter les besoins de refroidissement de la charge et engendrer un signal de sortie indiquant ces besoins; et contrôler le débit de l'air de charge ache- miné de la section de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz à l'entrée du compresseur d'agent réfrigérant en réponse à ce signal de sortie, contrôlant ainsi la capacité du système de réfrigéra- tion en fonction des besoins de refroidissement de la charge. 19. Procédé selon la revendication 17, carac- térisé par les étapes qui consistent à: détecter les besoins de refroidissement de la charge et engendrer un signal de sortie indiquant ces besoins; amener une partie de l'air comprimé en dériva- tion de la turbine du système de réfrigération; et contrôler le débit de l'air comprimé amené en dé- rivation de la turbine précitée en réponse au signal de sortie, contrôlant ainsi la capacité du système de réfrigération en fonction des besoins de refroi- dissement de la charge. 20. Procédé selon la revendication 17, carac- térisé par l'étape qui consiste à faire passer l'air comprimé en relation d'échange de chaleur régénératif avec l'air réfrigéré en expansion déchargé de la tur- bine d'expansion, soumettant ainsi cet air comprimé à un prérefroidissement avant son admission dans la turbine d'expansion. 21. Procédé selon la revendication 17, carac- térisé par les étapes qui consistent à: entraîner le compresseur du système de réfrigé- ration à l'aide d'une turbine de puissance mue par l'air de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz; détecter les besoins de refroidissement de la charge et engendrer un signal de sortie indiquant ces besoins; et contrôler le débit de l'air acheminé de la sec- tion de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz à cette turbine de puissance en réponse au si- gnal de sortie, contrôlant ainsi le fonctionnement du compresseur d'agent réfrigérant et, partant, la capacité du système de réfrigération en fonction des besoins de refroidissement de la charge. 22. Procédé selon la revendication 21, carac- térisé par l'étape qui consiste à précomprimer l'air de décharge du compresseur du moteur à turbine à gaz à l'aide d'un compresseur auxiliaire actionné par ce moteur à turbine à gaz avant de diriger cet air de décharge de compresseur vers le compresseur d'agent réfrigérant. Traduction des légendes des dessins SINK HX = échangeur de chaleur à piège COMP = compresseur TURB = turbine REGEN MX = échangeur de chaleur à régénération OVBD (overboard) = hors de bord AUX COMP = compresseur auxiliaire BURNER = brûleur FUEL = carburant GAS TURBINE ENGINE = moteur à turbine à gaz LOAD = charge POWER TURBINE = turbine de puissance