Brevet FR2913402A1 — publié le 20080912

La présente invention concerne les aéronefs pourvus d'un système de conditionnement d'air. On sait que, à bord des aéronefs, est prévu un système de conditionnement d'air alimentant les zones habitées, telles que la cabine des passagers, la cabine de pilotage, etc, ... en air conditionné. Un tel système prélève de l'air chaud, et éventuellement de l'air froid, sur les turbomoteurs de l'aéronef et transforme l'air prélevé en air conditionné, distribué dans une telle zone, puis évacué de cette dernière vers l'extérieur de l'aéronef. L'évacuation à l'extérieur de l'aéronef de l'air conditionné s'effectue sous une forte différence de pression, ce qui provoque la création d'un jet d'air puissant qui est générateur de traînée pour l'aéronef. De plus, cette différence de pression est représentative d'une énergie perdue lors de l'évacuation. Le document US-6 128 896 divulgue l'idée générale de récupérer cette énergie perdue et, à cet effet, adresse l'air conditionné évacué aux turbomoteurs équipant l'aéronef. La présente invention a pour objet d'améliorer la récupération de l'énergie engendrée par la détente de l'air de conditionnement lors de son évacuation à l'extérieur de l'aéronef et de proposer une application avan- tageuse de l'énergie ainsi récupérée. A cette fin, selon l'invention, l'aéronef comportant : ù un système de conditionnement d'air alimentant en air conditionné au moins une zone dudit aéronef, zone de laquelle ledit air conditionné peut s'échapper à l'extérieur dudit aéronef à travers un conduit d'éva- cuation ; et des moyens aptes à récupérer, lorsque ledit aéronef vole en altitude, au moins une partie de l'énergie de la détente dudit air conditionné lorsque celui-ci passe de ladite zone conditionnée à l'extérieur de l'aéronef, est remarquable : ù en ce qu'il comporte une vanne de commutation dont l'unique entrée est disposée dans ladite zone conditionnée et dont une première et une seconde sorties sont respectivement reliées audit conduit d'évacuation et auxdits moyens de récupération d'énergie ; et en ce que ladite vanne de commutation : ^ est dans sa position reliant son entrée auxdits moyens de récupération d'énergie lorsque ledit aéronef est en vol de croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière ; et • est dans sa position reliant son entrée audit conduit d'évacuation, dans toutes les autres situations dans lesquelles peut se trouver le- 15 dit aéronef. Ainsi, grâce à la présente invention, l'énergie de la détente de l'air de conditionnement est récupérée lorsque la différence de pression entre ladite zone et l'extérieur de l'aéronef est maximale [en vol de croisière, la pression totale assurée par ledit système de conditionnement d'air dans 20 lesdites zones est de l'ordre de 0,75 bar (0,75.105 Pa), alors que la pression statique à l'extérieur de l'aéronef n'est alors que de l'ordre de 0,2 à 0,3 bar (de 0,2.105 à 0,3.105 Pa), c'est-à-dire deux à trois fois inférieure à la pression maintenue dans lesdites zones par le système de conditionne-ment d'air] et dans une phase de vol (la croisière) de longue durée. En re- :25 vanche, cette récupération d'énergie est inhibée dans les phases de vol courtes pour lesquelles, de plus, la différence des pressions est plus faible. Dans de telles phases de vol courtes, la récupération d'énergie de l'air de conditionnement serait, pour ces raisons, complexe, peu rentable et instable. Bien entendu, l'énergie récupérée vient en déduction de celle du jet d'air conditionné sortant à l'extérieur de l'aéronef, de sorte que ledit jet d'air engendre une traînée réduite. Avantageusement, lesdits moyens de récupération d'énergie contribuent au conditionnement d'air dudit aéronef. Lorsque, de façon usuelle, ledit système de conditionnement d'air comporte : û des moyens de prélèvement d'air chaud sur au moins un turbomoteur dudit aéronef ; û des moyens de transformation dudit air chaud ainsi prélevé en air conditionné ; et - des moyens de distribution dudit air conditionné dans ladite zone conditionnée dudit aéronef, il est avantageux de prévoir : ^ une unité auxiliaire de conditionnement d'air apte à prélever de l'air frais à l'extérieur dudit aéronef et à engendrer de l'air conditionné à partir dudit air frais ; • des moyens de commutation permettant d'alimenter lesdits moyens de distribution : o avec l'air conditionné provenant de ladite unité auxiliaire de conditionnement, lorsque ledit aéronef est en croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière, et o avec l'air conditionné provenant desdits moyens de transformation d'air chaud dans toutes les autres situations dans lesquelles peut se trouver ledit aéronef ; • des moyens permettant d'interrompre le prélèvement d'air chaud sur le turbomoteur par lesdits moyens de prélèvement d'air chaud lorsque lesdits moyens de distribution d'air conditionné sont alimentés par la- dite unité auxiliaire ; et • l'alimentation en énergie de ladite unité auxiliaire de conditionnement d'air par lesdits moyens de récupération d'énergie. Une variante de réalisation de la présente invention s'applique à un aéronef comportant de plus au moins une zone ventilée, mais non pressu- risée, ladite zone ventilée étant alimentée en air de ventilation par des moyens de prélèvement d'air frais à l'extérieur dudit aéronef et étant apte à laisser échapper l'air de ventilation à l'extérieur de l'aéronef. Dans ce cas, lesdits moyens de récupération d'énergie comportent : une liaison entre ladite seconde sortie de ladite vanne de commutation et ladite zone ventilée ; et des moyens de commande perrnettant d'interrompre le prélèvement d'air frais par lesdits moyens de prélèvement d'air frais. Ainsi, ladite zone ventilée peut être alimentée : en air conditionné à travers ladite liaison lorsque ledit aéronef est en croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière, le prélève-ment d'air frais étant alors interrompu par lesdits moyens de commande ; et en air frais provenant desdits moyens de prélèvement, dans toutes les autres situations dans lesquelles peut se trouver ledit aéronef, ladite liaison étant alors interrompue par ladite vanne de commutation. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un aéronef comportant le perfectionnement de la présente invention. La figure 2 montre schématiquement un mode de réalisation de l'aéronef de la figure 1. La figure 3 montre une variante de l'aéronef conforme à la pré-sente invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, par une ligne en traits mixtes, le fuselage 1 d'un aéronef (non autrement représenté) à l'in- térieur duquel est délimitée au moins une cabine 2, dont l'air est conditionné par un système 3. La cabine 2 peut représenter la cabine des passagers, la cabine de pilotage ou les deux. La sortie 4 du système de conditionnement d'air 3 est reliée à un dispositif 5 distribuant ledit air conditionné à l'intérieur de la cabine 2. io La cabine 2 comporte un système d'évacuation de l'air conditionné comportant une entrée 6, une vanne de commutation 7 reliée à ladite entrée 6 et comportant deux sorties 8 et 9. La sortie 8 est reliée directement à l'extérieur du fuselage 1 à travers un conduit 10. La sortie 9 est reliée à l'extérieur du fuselage 1 par l'intermédiaire d'une turbine 11 et de sa sor- 1 5 tie 12. La turbine 1 1 est couplée à un générateur de courant ou à un ap- pareil mécanique 13. Lorsque l'aéronef est en vol de croisière ou dans une phase de vol de la croisière, c'est-à-dire lorsque la différence des pressions entre la cabine 2 et l'extérieur du fuselage 1 est grande, la vanne 7 est dans sa posi- :2o tion représentée en pointillés sur la figure 1 reliant l'entrée 6 à la sortie 9. Par suite, la turbine 11 est traversée par l'air conditionné s'échappant de la cabine 2 vers l'extérieur du fuselage et récupère en partie l'énergie de la détente de cet air. La turbine 1 1 entraîne donc le dispositif 13 en rotation. L'énergie récupérée par la turbine 1 1 et le dispositif 13 est adres- 25 sée au système de conditionnement d'air 3, comme cela est symbolisé par la ligne R, de sorte que cette énergie récupérée participe au fonctionne- ment dudit système 3. Au contraire, lorsque l'aéronef est dans n'importe quelle autre situation que celle du vol en croisière ou d'un vol proche de la croisière, la vanne 7 est dans sa position représentée en trait plein sur la figure 1 pour laquelle l'entrée 6 est reliée à la sortie 8. Dans ce cas, la turbine 11 n'est pas activée et l'air conditionné s'échappe par le conduit 10. Dans le mode de réalisation de la figure 2, on retrouve les élé- ments 1 à 13 et R décrits ci-dessus, le système de conditionnement d'air 3 comportant un dispositif principal 14 et un dispositif auxiliaire 15. Le dispositif principal 14 du système de conditionnement d'air 3 est associé à au moins un moteur 16 de l'aéronef et comporte, de façon connue, un prérefroidisseur 17 et un conditionneur 18. Le prérefroidisseur 70 17 est apte à recevoir, d'une part, de l'air chaud à température et pression élevées par une canalisation 19 prélevant ce dernier sur le flux chaud du turbomoteur 16 et, d'autre part, de l'air froid par une canalisation 20 pré-levant ce dernier sur le flux froid dudit turbomoteur 16. Sur la canalisation 19 sont montées une valve de régulation de pression 21 et une vanne 22, 15 alors qu'une vanne 23 est montée sur la canalisation 20. Ainsi, lorsque les vannes 22 et 23 sont en position ouverte, le pré-refroidisseur 17, du type échangeur de chaleur, peut, à partir de l'air chaud (dont la pression est déjà abaissée par la valve 21) et de l'air froid qu'il reçoit respectivement par les canalisations 19 et 20, engendrer un 20 courant d'air froid réchauffé qu'il évacue à l'extérieur de l'aéronef par une conduite 24, ainsi qu'un courant d'air chaud prérefroidi et à pression abaissée qu'il adresse au conditionneur 18 par une conduite 25. Le conditionneur 18, également du type échangeur de chaleur, achève le refroidissement et la régulation de la pression dudit courant d'air chaud prérefroidi 25 à l'aide d'air frais prélevé à l'extérieur de l'aéronef par une conduite 26 et évacue, à l'extérieur dudit aéronef, de l'air frais réchauffé par une conduite 27. A la sortie 28 du conditionneur 18, de l'air conditionné en température et en pression peut être disponible pour conditionner la cabine 2. Le dispositif auxiliaire 15 du système de conditionnement d'air 3 comporte un compresseur 29 et des moyens 30 d'ajustement de température (réchauffeur et/ou refroidisseur), pouvant être alimentés par une source électrique 31, par l'intermédiaire d'un interrupteur commandable 32. Le compresseur 29 peut prélever de l'air à l'extérieur du fuselage 1 par une conduite 33, comprimer l'air prélevé, puis adresser l'air ainsi comprimé aux moyens 30 d'ajustement de température, par une conduite 34. A la sortie 35 du réchauffeur 30 peut donc être disponible de l'air conditionné en température et en pression par le compresseur 29 et les moyens 30. Le dispositif de distribution d'air conditionné 5 peut être alimenté en air conditionné par la sortie 28 du conditionneur 18 ou par la sortie 35 du réchauffeur 30, suivant la position d'une vanne de commutation 36, qui est interposée entre ledit dispositif de distribution 5, d'une part, et les sorties 28 et 35, d'autre part et dont la sortie forme la sortie 4 du système 3. Le fonctionnement de ce système de conditionnement d'air est le suivant, compte tenu du fait que l'appareil 13 est supposé être un générateur électrique monté en parallèle sur la source 31. A. Lorsque l'aéronef est en croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière, les vannes 7, 22, 23, 36 et l'interrupteur 32 sont dans leur position représentée en pointillés sur la figure. Par suite : les vannes 22 et 23 sont fermées et aucun prélèvement d'air sur les flux chaud et froid du moteur 16 n'a lieu. A la sortie 28 du condition- neur 18 n'apparaît donc aucun air conditionné ; la vanne 7 met en communication l'entrée 6 avec la turbine Il, de sorte que l'air conditionné sortant de la cabine 2 s'échappe à l'extérieur à travers ladite turbine 1 1 et sa sortie 12. La turbine 1 1 entraîne donc le générateur 13 qui produit de l'énergie électrique qui peut être additionnée à celle de la source 31 par la ligne R ; l'interrupteur 32 est fermé et le dispositif auxiliaire 15 est alimenté en énergie par le générateur 13 et par la source 31 et est donc en fonctionnement, de sorte que de l'air conditionné apparaît à la sortie 35 du réchauffeur 30 ; et la vanne 36 met en communication ladite sortie 35 avec le dispositif de distribution 5, de sorte que la cabine 2 est conditionnée par le dispositif auxiliaire 15. Ainsi, en vol de croisière ou proche de la croisière, l'énergie de la dé-tente de l'air conditionné, récupérée par la turbine 11 et le générateur 13, sert à alimenter en partie le dispositif de conditionnement d'air auxiliaire 15. B. Dans toutes les situations où se trouve l'aéronef, autres que la phase de vol spécifiée sous A, les vannes 7, 22, 23 et 36 et l'interrupteur 32 sont dans leur position représentée en trait plein sur la figure. Par suite : l'air conditionné s'échappe directement à l'extérieur de l'aéronef à travers le conduit 10, sans entraîner la turbine 1 1 ; l'interrupteur 32 est ouvert et le dispositif auxiliaire 15 n'est pas en fonctionnement, car non alimenté par le générateur 13 et par la source 31. A la sortie 35 du réchauffeur 30 n'apparaît donc aucun air conditionné ; les vannes 22 et 23 sont ouvertes, de sorte que de l'air est prélevé sur les flux chaud et froid du moteur 16 et que de l'air conditionné apparaît à la sortie 28 du conditionneur 18 ; et la vanne 36 met en communication ladite sortie 28 avec le dispositif de distribution 5, de sorte que la cabine 2 est conditionnée de façon usuelle à partir des prélèvements d'air sur les flux du moteur 16. 9 Bien que dans la description ci-dessus, on a supposé que la turbine 11 entraînait un générateur électrique 13 et que la source 31 était elle-même de nature électrique, on comprendra aisément que l'énergie alimentant le compresseur 29 pourrait être d'une autre nature qu'électrique. Par exemple, la turbine 11 pourrait être en prise mécanique directe avec ledit compresseur 29 (le générateur 13 est alors inutile) et la source 31 pourrait être pneumatique, les actions de la turbine 11 et de la source 31 étant alors combinées entre elles au niveau dudit compresseur 29. Dans la variante de réalisation de la figure 3, on retrouve les élé- ments 1 à 10 décrits ci-dessus. De plus, sur cette figure, on a représenté une zone 40 de l'aéronef, ventilée mais non pressurisée, telle que par exemple la pointe arrière dudit aéronef. Pour sa ventilation, la zone 40 est alimentée en air frais extérieur par des moyens de prélèvement 41 et des moyens 42 sont prévus pour rejeter à l'extérieur l'air ainsi prélevé. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, une vanne 43 est prévue sur les moyens de prélèvement 41 et ladite zone 40 comporte une entrée 44, reliée à la sortie 9 de la vanne de commutation 7 par une conduite 45. En vol de croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière, les vannes 7 et 43 sont dans leur position représentée en pointillés, c'est-à-dire que la vanne 43 est fermée et la vanne 7 met en communication l'entrée 6 avec la zone 40. Il en résulte alors que celle- ci est ventilée, et partiellement pressurisée, par l'air conditionné sortant de la cabine 2, au- cun air frais ne pénétrant dans ladite zone du fait de l'obturation des moyens de prélèvement 41 par la vanne 43. Ainsi, l'énergie de l'air conditionné traversant la cabine 2 est utilisée pour ventiler et partiellement pressuriser la zone 40. De plus, aucun air frais n'étant prélevé par les 10 moyens 41, la traînée de captation généralement engendrée par ceux-ci, est supprimée. En revanche, dans les autres phases d'utilisation de l'aéronef, les vannes 7 et 43 sont dans leur positions représentées en trait plein, c'est- à-dire que la vanne 43 est ouverte et la vanne 7 met en communication l'entrée 6 avec le conduit 10. La zone 40 est alors ventilée uniquement par les moyens de prélèvement 41. De ce qui précède, on voit donc que, en vol de croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière, on récupère, à l'intérieur de la zone 40, au moins en partie l'énergie engendrée par la détente de l'air de conditionnement de la cabine 2 s'échappant à l'extérieur de l'aéronef, ce qui est symbolisé par la lettre R. REVENDICATIONS 1. Aéronef comportant : un système de conditionnement d'air (3, 14, 15) alimentant en air conditionné au moins une zone (2) dudit aéronef, zone de laquelle l'air conditionné peut s'échapper à l'extérieur dudit aéronef à travers un conduit d'évacuation (10) ; et des moyens (Il, 13, 45) aptes à récupérer, lorsque ledit aéronef vole en altitude, l'énergie de la détente dudit air conditionné lorsque celui-ci passe de ladite zone conditionnée (2) à l'extérieur de l'aéronef, caractérisé : û en ce qu'il comporte une vanne de commutation (7) dont l'unique entrée (6) est disposée dans ladite zone conditionnée (2) et dont une première et une seconde sorties (8, 9) sont respectivement reliées audit conduit d'évacuation (10) et auxdits moyens de récupération d'énergie (11, 13,45); et en ce que ladite vanne de commutation (7) : est dans sa position reliant son entrée (6) auxdits moyens de récupération d'énergie (11, 13, 45) lorsque ledit aéronef est en vol de croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière ; et est dans sa position reliant son entrée (6) audit conduit d'évacuation (10), dans toutes les autres situations dans lesquelles peut se trouver ledit aéronef. 2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de récupération d'énergie contri-25 huent au conditionnement d'air dudit aéronef. 3. Aéronef selon la revendication 2, pourvu d'au moins un turbo-moteur (16) et d'un système de conditionnement d'air comportant : ù des moyens (19, 21, 22) de prélèvement d'air chaud sur ledit turbomo- teur ; 12 des moyens (17, 18) de transforrnation dudit air chaud ainsi prélevé en air conditionné ; et des moyens (5) de distribution dudit air conditionné dans ladite zone conditionnée (2) dudit aéronef, caractérisé : en ce qu'il comporte : une unité auxiliaire (15) de conditionnement d'air apte à prélever de l'air frais à l'extérieur dudit aéronef et à engendrer de l'air conditionné à partir dudit air frais ; 1 o des moyens de commutation (36) permettant d'alimenter lesdits moyens de distribution (5) : o avec l'air conditionné provenant de ladite unité auxiliaire de conditionnement (15), lorsque ledit aéronef est en croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière, et 15 o avec l'air conditionné provenant desdits moyens de transformation d'air chaud (17, 18) dans toutes les autres situations dans lesquelles peut se trouver ledit aéronef ; des moyens (22) permettant d'interrompre le prélèvement d'air chaud sur le turbomoteur (16) par lesdits moyens de prélèvement 20 d'air chaud lorsque lesdits moyens de distribution d'air conditionné (5) sont alimentés par ladite unité auxiliaire (15) ; et en ce que ladite unité auxiliaire de conditionnement d'air (15) est en partie alimentée en énergie par lesdits moyens de récupération d'énergie (11, 13). 25 4. Aéronef selon la revendication 2, comportant de plus au moins une zone (40) ventilée, mais non pressurisée, ladite zone ventilée étant alimentée en air de ventilation par des moyens (41) de prélèvement d'air frais à l'extérieur dudit aéronef et étant apte à laisser échapper l'air de ventilation à l'extérieur de l'aéronef,:3 caractérisé : en ce qu'il comporte : une liaison (45) entre ladite seconde sortie (9) de ladite vanne de consultation (7) et ladite zone ventilée (40) ; et des moyens de commande (43) permettant d'interrompre le prélève-ment d'air frais par lesdits moyens de prélèvement d'air frais (41) ; et en ce que ladite zone ventilée (40) est alimentée : en air conditionné à travers ladite liaison (45) lorsque ledit aéronef o est en croisière ou dans une phase de vol proche de la croisière, le prélèvement d'air frais étant alors interrompu par lesdits moyens de commande (43) ; et en air frais provenant desdits moyens de prélèvement (41), dans toutes les autres situations dans lesquelles peut se trouver ledit aé- 15 ronef, ladite liaison (45) étant alors interrompue par ladite vanne de commutation (7).