Brevet FR2601121A1 — publié le 19880108

Les aéronefs volant à grande vitesse, c'est-à-dire à vitesse supersonique, présentent une température de peau qui est relativement élevée et qui nécessite de refroidir l'air devant être amené dans les différentes zones d'utilisation de l'aéronef. La technique antérieure a décrit tant pour les avons civils que militaires différentes boucles de climatisation dans lesquelles l'air devant être utilisé à l'intérieur de l'aéronef est d'abord comprimé puis après refroidissement dans des échangeurs de chaleur, est finalement détendu. Dans certains cas, lorsque les vitesses supersoniques ne sont atteintes que pendant des temps brefs, les boucles de climatisation ont été simplifiées et on a utilisé, pour le refroidissement de l'air comprimé, des échangeurs dits à évaporation, c'est-à-dire utilisant la chaleur latente de vaporisation de l'eau. Dans les dispositifs couramment utilisés, notamment sur des avions militaires, il est prévu que l'avion emporte une charge d'eau, et l'échangeur à évaporation est conçu pour que cette charge d'eau puisse être en contact avec un corps échangeur quelle que soit la configuration de vol de l'avion. Ces échangeurs ne permettent d'assurer le refroidissement que pendant un temps limité et ils sont lourds et encombrants. La présente invention remédie aux inconvénients ci-dessus en créant un nouvel échangeur qui permet d'utiliser soit une charge d'eau emportée par l'aéronef, soit de préférence, l'eau obtenue par condensation de l'humidité de l'air atmosphérique. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur pour boucles de climatisation, notamment pour aéronefs, dans lequel le circuit refroidisseur utilise la chaleur latente de vaporisation de l'eau pour le refroidissement d'une veine d'air à refroidir est caractérisé en ce que le corps échangeur est monté dans une enveloppe supportant les boîtes d'entrée et de sortie de l'air à refroidir qui traverse l'un des circuits du corps échangeur, la-dite enveloppe étant reliée, pour amener l'air refroidisseur à l'autre circuit du corps échangeur, à un conduit répartiteur d'homogénéisation et de liaison avec une chambre dans laquelle de lteau est pulvérisée. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 est un schéma d'une partie d'une boucle de climatisation pour aéronef faisant application de l'échangeur de chaleur de l'invention. La fig. 2 est une vue en plan de l'échangeur de l'invention. La fig. 3 est une coupe-élévation partielle schématique faisant apparaître une caractéristique particulière de l'échangeur de la fig. 2. Au dessin, la fig. 1 montre une partie d'une boucle de climatisation dans laquelle de l'-air est amené par une tubulure 1 à un compresseur 2 à partir duquel l'air comprimé est refoulé soit directement soit indirectement vers un échangeur 3. L'air refroidi est ensuite conduit par une tubulure 4 à une turbine de détente 5 dont l'arbre entraîne de façon connue le compresseur 2. A sa sortie de la turbine 5, l'air est conduit vers les zones d'utilisation 6 par une tubulure 7. L'air amené par la tubulure 1 est plus ou moins chargé d'humidité et cet air est refroidi, d'une part, dans l'tchangeur 3 de l'invention et, d'autre part, dans la turbine 5 dans laquelle il est détendu en produisant un travail. Au moins un séparateur d'eau 8 ou 8a est monté à la sortie de l'échangeur 3 ou à la sortie de la tur bine 5. Il est possible aussi, comme représenté, que la boucle de climatisation comporte deux séparateurs d'eau 8, 8a . Comme l'illustre le dessin, les séparateurs d'eau 8, 8a , ou l'un d'eux seulement sont reliés par les conduites 9, 9a à des pulvérisateurs 10, 10a que comporte l'échangeur 3. Comme le montre la fig. 2, l'échangeur 3 comporte une buse d'entrée 11 pour l'air refroidisseur qui peut par exemple être l'air pris à l'extérieur de l'aéronef. La buse d'entrée 11 mène, par un conduit divergent 12 à une chambre 13 dans laquelle débouchent des pulvérisateurs 10, 10a dirigés transversalement à la veine d'air refroidisseur et qui sont alimentés en eau par des conduites 9, 9a et comprimés par des canalisations 14, 14a menant aux pulvérisateurs 10, 10a. L'air comprimé amené aux canalisations 14, 14a peut provenir d'un étage de compression du réacteur de l'aéronef ou d'une dérivation de la sortie du compresseur 2 ou d'une autre partie de la boucle de climatisation dans laquelle de l'air se trouve à une pression suffisante pour assurer la pulvérisation de l'eau conduite à la chambre 13.Cependant, et comme l'illustre la fig. 2, il est avantageux d'alimenter les canalisations 14, 14a par un conduit 15 branché sur la boite d'entrée 16 du corps échangeur 17. De cette façon, c'est une petite fraction de l'air à refroidir qui sert à la pulvérisation de l'eau amenée par les conduites 9, 9a. Le corps échangeur 17 est, de préférence, du type dit à plaques et barrettes dans l'un des circuits duquel l'air à refroidir est amené à passer, cet air à refroidir étant conduit à la boîte d'entrée 16 par un embout 18 traversant l'échangeur et étant repris dans une boite de sortie 19 le menant à un embout de sortie 20. Les boites d'entrée 16 et de sortie 19 sont montées sur une enveloppe 21 contenant le corps échangeur 17 L'enveloppe 21 est, par ailleurs, raccordée à un boîtier 13a délimitant la chambre 13 par un conduit convergent-divergent 22 à effet venturi. L'enveloppe 21 est également reliée à une boîte de sortie 23 pour l'air refroidisseur, boite de sortie qui est munie d'un embout de raccordement 24. La chambre 13, l'intérieur du conduit convergent-divergent 22, l'enveloppe 21, la boite de sortie 23 de l'embout de raccordement 24 constituent, avec le second circuit du corps échangeur à plaques 17, l'ensemble de circulation de l'air refroidisseur, c'est-à-dire par exemple l'air atmosphérique. La fig. 3 montre que, dans une réalisation avantageuse, la face frontale 25 des barrettes 26 tournée vers le conduit convergent-divergent 22 est conformée en biseau ou autrement rendue aérodynamique pour faciliter l'entrée de l'air refroidisseur dans les canaux 27 en limitant la formation de tourbillons pouvant nuire au bon écoulement de l'air refroidisseur dans les canaux 27 et éviter la coalescence et l'accumulation des microgouttes d'eau sur les barrettes d'air chaud 28 nuisibles au rendement du système. Comme cela ressort de la description qui précède, l'air refroidisseur, par exemple l'air atmosphérique, pris au niveau de la peau de l'aéronef ou au niveau de l'un des premiers étages de compression d'un réacteur est amené à la buse d'entrée 11. Le conduit divergent 12 répartit cet air dans la chambre 13 dans laquelle des gouttelettes d'eau sont pulvérisées dans la veine d'air en circulation qui forme un support pour lesdites gouttelettes. Le conduit convergent-divergent 22 a pour effet, tout d'abord dans la partie convergente, d'accélérer la vitesse de l'air chargé de gouttelettes d'eau, puis dans la partie divergente, de ralentir la vitesse de l'air, les gouttelettes présentant une répartition uniforme et homogène avant d'atteindre la partie frontale du corps échan geur 17. La forme biseautée de.la partie frontale des bar rettes 26 facilite la canalisation de l'air chargé de gouttelettes d'eau qui est amené ainsi de façon très uni forme dans les canaux 27 dans lesquels se produit l'échan ge thermique avec l'air à refroidir. L'air à refroidir se trouvant à une température élevée par rapport à l'air refroidisseur étant donné qu'il a été comprimé, il en résulte que les gouttelettes d'eau transportées par l'air refroidisseur sont vaporisées de sorte que flair à refroidir subit un refroidissement dû en partie à la différence entre sa température et celle de l'air refroidisseur mais surtout à la chaleur latente de vaporisation des gouttelettes d'eau transportées par ledit air refroidisseur. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réa lisation représenté et décrit en détail car diverses mo difications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, la pulvérisation de l'eau dans la chambre 13 peut être assurée par des injecteurs auxquels l'eau est amenée sous pression. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire d'amener de l'air comprimé de pulvérisation. De même, le conduit convergent-divergent 22 peut être rempla cé par d'autres moyens d'homogénéisation et il est possi ble aussi de remplacer le corps échangeur à plaques et barrettes par un autre type de corps échangeur. La disposition des injecteurs par rapport à la veine d'air refroidisseur peut être différente de celle décrite dans le présent exposé. L'air comprimé de pulvérisation peut être pré levé en un endroit différent de la boîte d'entrée 16 no tamment sur le réseau d'air comprimé de conditionnement. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur pour boucles de climatisation, notamment pour aéronefs, dans lequel le circuit refroidisseur utilise la chaleur latente de vaporisation de l'eau pour le refroidissement d'une veine d'air à refroidir, caractérisé en ce que le corps échangeur (17) est monté dans une enveloppe (21) supportant les boites d'entrée (16) et de sortie (19) de l'air à refroidir qui traverse l'un des circuits du corps échangeur (17), ladite enveloppe étant reliée, pour amener l'air refroidisseur à l'autre circuit du corps échangeur, à un conduit répartiteur d'homogénéisation et constituant un élément de liaison avec une chambre (13) dans laquelle de l'eau est pulvérisée. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (13) est reliée à une buse d'entrée (11) de l'air refroidisseur par un conduit divergent (12). 3. Echangeur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les pulvérisateurs (10, 10a) sont disposés dans la chambre (13) pour pulvériser l'eau dans une direction transversale à la direction de circulation de l'air refroidisseur. 4. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pulvérisateurs (10, 10a) pour l'eau devant charger l'air refroidisseur sont alimentés en air comprimé de pulvérisation. 5. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'air comprimé de pulvérisation est amené aux pulvérisateurs (10, 10a) à partir de la boî- te d'entrée (16) de l'air à refroidir. 6. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps échangeur (17) est du type à plaques et barrettes, la face frontale (25) des barrettes (26) étant tournée vers un conduit convergent-divergent (22) d'amenée de l'air refroidisseur et étant conformée en biseau ou suivant une autre forme améliorant l'aérodynamisme. 7. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'eau est amenée aux pulvérisateur (10, 10a) depuis un séparateur d'eau (8) disposé sur la tubulure de sortie de l'air à refroidir. 8. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est monté en combinaison avec un ensemble compresseur (2) turbine (5), l'air à refroidir provenant du compresseur (2) et l'air refroidi étant amené à passer dans la turbine (5) qui entraîne le compresseur(2). 9. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le séparateur d'eau (8, 8a) est placé indifféremment avant ou après la turbine (5). 10. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux séparateurs d'eau (8, 8a) montés, de part et d'autre, de la turbine (5).