Brevet FR2852919A1 — publié le 20041001

La présente invention concerne les systèmes de fourniture d'oxygène à des 5 occupants d'un aéronef, du type comprenant un dispositif PSA de séparation d'air par adsorption à variation de pression ayant une entrée reliée à une ligne de fourniture d'air comprimé et une sortie reliée à une ligne de distribution de mélange gazeux riche en oxygène. Les systèmes de ce type, généralement désignés par l'acronyme anglo-saxon 10 OBOGS, sont utilisés depuis plusieurs décennies dans les avions militaires et commencent à trouver une place dans les avions civils gros porteurs pour l'alimentation en oxygène non seulement de l'équipage mais aussi des passagers. Dans ces avions civils, la pression de l'air d'alimentation en entrée du dispositif PSA peut varier dans un rapport allant jusqu'à 2. Pour tenir compte de ces conditions, il a 15 été proposé d'aménager dans la ligne de fourniture d'air comprimé d'un organe limiteur de pression afin d'écrêter la pression d'entrée à une pression minimale de fonctionnement déterminée. Cette approche présente l'inconvénient de ne stabiliser la pression qu'en amont du dispositif alors que le principe de fonctionnement des dispositifs PSA cause intrinsèquement des variations de pression en sortie même avec une pression 20 d'entrée stable, cette pression variable de sortie provoquant des variations de débit de sortie et donc des variations d'enrichissement en teneur en oxygène délivré aux occupants. La présente invention a pour objet de proposer un système amélioré permettant, dans un agencement simple, fiable et de faibles coûts, de garantir une pression et un débit 25 constants aux utilisateurs, même dans le cas de fortes variations de la pression de l'air d'alimentation. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, la ligne de distribution comporte un régulateur de pression permettant de réguler la pression de sortie indépendamment des variations de la pression d'air d'entrée. 3 0 Selon des caractéristiques plus particulières de l'invention: Le régulateur est une vanne trois voies motorisée qui comporte avantageusement une position o elle forme vanne d'isolement. La présente invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un tel système, dans lequel la pression de sortie est régulée à une valeur déterminée Ps pour une pression d'entrée Pe variant entre 1,1 et 1, 7 P, D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure I est une vue schématique d'un système de fourniture d'oxygène à des occupants d'un aéronef selon l'invention; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un régulateur à vanne motorisée 10 utilisé dans le système de la figure 1. Sur la figure 1, on reconnaît les principaux circuits de gaz associés à un système de fourniture d'oxygène à des occupants d'un aéronef, comprenant un dispositif PSA 1 de séparation de gaz de l'air comportant au moins deux paires d'adsorbeurs contenant au moins un adsorbant pour séparer l'oxygène des constituants de l'air ambiant. Le dispositif PSA 1 est alimenté en air comprimé par une ligne de fourniture d'air 2 et fournit un mélange fortement enrichi en oxygène dans une ligne de distribution 3, le mélange gazeux appauvri en oxygène étant évacué vers l'extérieur ou exploité pour l'inertage de réservoirs par une ligne d'évacuation 4. De façon classique, la ligne de fourniture 2 est alimentée en air comprimé en 20 provenance de sorties 5 d'étages de compresseurs de turbomachines de l'aéronef et la ligne de distribution 3 achemine l'oxygène produit vers des masques d'équipage 6 et des masques de passagers 7. Des bouteilles de réserves d'oxygène gazeux 8 peuvent, sous contrôle d'un dispositif régulateur/détendeur 9, compléter ou suppléer l'alimentation en oxygène des masques 6 et 7. Côté amont, la ligne de fourniture d'air comprimé 2 traverse 25 tout d'abord un échangeur de chaleur 10 o circule un fluide de refroidissement 11, typiquement de l'air froid ambiant, puis, via des vannes d'isolement 12, un séparateur d'eau et de vapeur 13. Selon un aspect de l'invention, dans la ligne de distribution 3, est interposé, en sortie du dispositif PSA 1, un dispositif régulateur de pression 14, permettant de réguler 3 0 la pression de sortie à une valeur donnée, typiquement légèrement inférieure à la pression minimum normalement disponible dans la ligne de fourniture d'air 2. Ce régulateur de pression 14 est relié, de même que les vannes d'isolement 12 et le dispositif régulateur 9, à une unité de contrôle électronique 15 recevant des signaux 16 représentatifs de conditions de vol de l'aéronef, de signaux de capteurs de pression 17 et 18 dans les lignes de fourniture 2 et de distribution 3, respectivement, d'au moins un capteur de température 19 dans la ligne de fourniture et d'un détecteur de teneur en oxygène 20 dans la ligne de fourniture 3. On a représenté sur la figure 2 un mode de réalisation du dispositif régulateur de pression 14 articulé autour d'une vanne motorisée telle que celle décrite dans le document EP-A-0 499 505 (Zapata/Arnaud), au nom de la demanderesse. Cette vanne comprend essentiellement un tiroir 21 dont la position est déterminée par un moteur électrique 22 pour positionner l'extrémité intérieure du tiroir 21 munie de 10 découpes progressives 23 par rapport à un passage de sortie 24 et moduler ainsi un débit de fuite 25 permettant de réguler le débit et la pression dans le passage de sortie 26 relié aux masques 6 et 7. Le moteur 22 est commandé par une électronique 27 recevant des signaux 28 représentatifs de la pression amont réelle dans le régulateur 14 et des signaux 29 images d'une pression d'affichage correspondant à des conditions de vol de l'aéronef 15 Avantageusement, comme représenté sur la figure 2, le tiroir 21 comporte en outre une tête d'extrémité 30 venant, en position extrême de course, libérant complètement l'orifice de sortie de fuite 24, occulter un siège de clapet 31 interposé dans la ligne 3 de distribution et assurant ainsi une fonction d'isolement de celle-ci Avec la vanne motorisée 14 il est ainsi possible d'adresser aisément à cette 2 0 dernière une consigne de régulation de pression de sortie dépendant de divers paramètres de vol, tels que l'altitude de rétablissement de l'avion, le nombre de passagers de l'aéronef etc... Le système qui vient d'être décrit permet non seulement de réguler efficacement la pression de sortie adressée aux usagers mais aussi de supprimer tout réducteur de 25 pression dans la ligne de fourniture 2 et donc de permettre au dispositif PSA 1 de fonctionner dans des conditions améliorées par rapport aux conditions de calcul correspondant à la pression minimale en entrée du système PSA. Ainsi, la quantité d'adsorbant, dans le dispositif PSA 1 avantageusement une zéolite de type LiLsX telle que décrite dans la demande FR 02/05579 est dimensionnée 30 pour la pression d'alimentation minimum, typiquement 2,5 bars relatifs et peut être optimisée pour ce seuil de pression pour fournir un mélange à teneur en oxygène sensiblement constante supérieur à 80%, pouvant dépasser 90%. Lorsque la pression d'alimentation augmente, pour atteindre le cas échéant une valeur d'environ 3,8 bars relatifs, la performance du dispositif PSA en terme de teneur en oxygène produit sera améliorée alors qu'avec un réducteur de pression écrêtant la pression d'entrée le dispositif PSA ne fonctionne au mieux que dans les conditions de calcul de base. Quoique l'invention ait été décrite avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. S 6157 - 07/03 REVENDICATIONS 1. Système de fourniture d'oxygène à des occupants d'un aéronef, comprenant un dispositif PSA de séparation d'air (1) ayant une entrée reliée à une ligne de fourniture d'air comprimé (2) et une sortie reliée à une ligne de distribution de mélange gazeux riche en oxygène (3), caractérisé en ce que la ligne de distribution (3) comporte un régulateur de pression (14) permettant de réguler la pression de sortie indépendamment des variations de la pression d'entrée et des fluctuations de pression du 10 dispositif PSA. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur de pression est une vanne trois voies motorisée (14). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vanne motorisée (14) comporte une position o elle forme vanne d'isolement de la ligne de fourniture (3). 15 4. Système selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne motorisée est couplée à une électronique de commande (27) de façon à recevoir des signaux de commande dépendant de conditions de vol de l'aéronef 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif PSA (1) contient au moins une paire d'adsorbeurs contenant au moins une 2 0 zéolithe LiLSX. 6. Procédé de mise en oeuvre d'un système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression de sortie est régulée à une valeur P, déterminée pour une pression d'entrée Pe variant entre environ 1,1 et 1,7 P,