Brevet FR2986849A1 — publié le 20130816

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET CONTEXTE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de limitation de débit dans un circuit de fluide, un circuit comportant un tel dispositif et un procédé de contrôle de la température du fluide circulant dans ledit circuit. Des circuits dans lesquels un fluide circule entre une zone haute température et une zone basse température comprenant un échangeur thermique agencé entre la zone haute température et la zone basse température sont communément trouvés dans les systèmes embarqués, notamment en aéronautique, par exemple les moteurs d'avions. Ces circuits de fluide sont soumis à des limitations de température, soit de par les technologies mises en oeuvre (matériaux, etc.), soit de par l'environnement dans lequel ils sont installés (exigences réglementaires par exemple). Or, dans certains cas, une extrémité du circuit peut être alimentée par une source à haute température, tandis que l'autre extrémité est située en zone froide où sont mises en oeuvre des technologies dites basses températures. Dans ces cas, un échangeur thermique est nécessaire pour refroidir le fluide prélevé au niveau de la source à haute température avant son utilisation en zone froide. Généralement, le débit de circulation de fluide dépend des composants aval. Comme les performances de l'échangeur thermique sont dépendantes du débit de fluide qui le traverse, la température du fluide arrivant en zone froide, ou zone basse température, est également conditionnée par le débit de circulation dans le circuit. Dans le cas d'un dysfonctionnement de la partie aval du circuit induisant une augmentation du débit (création ou aggravation de fuites, rupture du circuit, etc.), la température du fluide pénétrant en zone froide risque de s'élever à des niveaux excédant les limites technologiques des composants de cette zone, ou les limites réglementaires relatives à ces zones basses températures. Ces circuits de circulation de fluide peuvent être des circuits hydrauliques, auquel cas le fluide y circulant est un liquide, ou des circuits pneumatiques, auquel cas le fluide y circulant est un gaz. Dans un but d'illustration non limitative, la présente description sera faite en référence à un circuit pneumatique dans lequel circule de l'air, mais le fluide peut tout aussi bien être un autre gaz ou liquide. La figure 1 est un schéma illustrant un circuit dans lequel circule de l'air entre une zone chaude la en amont et une zone froide lb en aval. Un échangeur thermique 2 est agencé dans le circuit de circulation d'air afin de refroidir l'air le traversant. Il peut être placé dans la zone chaude la ou dans la zone froide 1 b avec un calorifugeage adapté permettant d'assurer des températures de surface compatibles avec celle-ci. Du point de vue du circuit, le fluide en amont de l'échangeur thermique 2 est plus chaud que le fluide en aval de l'échangeur thermique, en raison du refroidissement opéré par l'échangeur thermique 2. Un distributeur pneumatique 3 en aval régule le débit de fluide, tandis qu'un collecteur 4 en amont prélève le fluide à haute température. A titre d'exemple, on considère un distributeur pneumatique 3 dont le corps est construit à partir un alliage d'aluminium dont la température normale d'utilisation doit être limitée à 200°C. Au-delà de cette température, ses caractéristiques mécaniques, et donc de tenue à la pression, chutent fortement. On souhaite protéger ce distributeur pneumatique 3 des températures d'alimentation supérieures à 250°C. L'échangeur thermique 2 protège le distributeur pneumatique 3 en refroidissant le fluide circulant dans l'échangeur thermique 2. L'échangeur thermique 2 est par exemple dimensionné pour assurer à un point de fonctionnement nominal une température de sortie de l'échangeur thermique 2 de 200°C pour un débit d'entrée de 2,2 g/s et une température d'entrée de 633 ° C. En cas de fuite (rupture de joint ou autre) sur un composant aval de l'échangeur thermique 2, le débit peut devenir trop élevé pour que l'échangeur thermique 2 puisse continuer à assurer un refroidissement suffisant de l'air pour l'amener à une température acceptable, dans cet exemple inférieure à 250°C. Un tel exemple est illustré par la figure 2, sur laquelle est représentée une courbe 20 de température de l'air en sortie de l'échangeur thermique 2 en fonction du débit d'entrée de l'air dans l'échangeur thermique 2. On y voit le point de fonctionnement nominal 21 correspondant à une température de l'air en sortie de l'échangeur thermique 2 de 200°C pour un débit d'entrée d'air de 2,2 g/s. Le point de fonctionnement de panne 22 correspond au cas où le débit atteint 10 g/s, entrainant une température de sortie de l'air de plus de 450°C. Une telle température constitue une exposition de la zone froide lb à des températures inacceptables et est susceptible d'engendrer une perte d'intégrité mécanique du distributeur 3. Des solutions ont été proposées pour pallier cette éventualité. On peut par exemple surdimensionner l'échangeur thermique 2 pour couvrir les cas de pannes engendrant une augmentation de débit, tout en garantissant des températures aval acceptables. Cependant, une telle solution engendre un excédent de masse pouvant être significatif, ainsi qu'un encombrement important, qui peuvent poser problème notamment pour les systèmes embarqués. En outre, cette solution entraîne un impact non négligeable sur la source de refroidissement de l'échangeur thermique 2, notamment sur l'augmentation du débit d'un fluide de refroidissement pour refroidir l'échangeur thermique 2. On peut également constater alors un impact de la consommation énergétique à cause de l'accroissement du refroidissement de l'échangeur thermique 2. Une autre solution consiste à prévoir un système de mesure de température aval avec détection d'un seuil pour commander une vanne de coupure située dans la zone chaude la du système. Cependant, un tel système est complexe à mettre en oeuvre puisqu'il nécessite notamment l'acquisition de données pour un calculateur et la commande de la vanne par le calculateur, composants qui nécessitent en outre alimentation électrique et réglage, et qui peuvent tomber en panne. Un tel système n'est donc pas avantageux en termes de coût, de fiabilité ou encore de masse et d'encombrement. PRESENTATION DE L'INVENTION La présente invention vise ainsi à proposer un système simple, peu coûteux, fiable, robuste, léger et peu encombrant, qui soit à même de protéger une zone d'un circuit de circulation de fluide, conçue pour fonctionner dans une plage de température déterminée, contre un débit trop élevé de fluide susceptible d'amener la température du fluide de cette zone en-dehors de cette plage de température déterminée. A cet effet, on propose un dispositif de limitation de débit dans un circuit de fluide dans lequel un fluide circule entre une zone haute température et une zone basse température, ledit dispositif comprenant un dispositif thermosensible apte à se déformer passivement en fonction de la température du fluide circulant au niveau dudit dispositif thermosensible, la déformation dudit dispositif thermosensible modifiant la section d'écoulement du fluide dans le circuit et limitant le débit du fluide en fonction de la température du fluide au niveau dudit dispositif thermosensible. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible: - le dispositif thermosensible est de déformation réversible; - le dispositif thermosensible est du type présentant un comportement bistable; - le dispositif thermosensible comprend un bilame, et dans ce cas, le bilame peut supporter un clapet; - le dispositif thermosensible est une capsule thermosensible à dilatation 20 thermique avec ou sans changement de phase. L'invention concerne aussi un circuit dans lequel un fluide circule entre une zone haute température et une zone basse température comprenant un échangeur thermique agencé entre la zone haute température et la zone basse température, ledit circuit comportant en aval de l'échangeur thermique un 25 dispositif de limitation de débit comprenant un dispositif thermosensible apte à se déformer passivement en fonction de la température du fluide circulant au niveau dudit dispositif thermosensible, la déformation dudit dispositif thermosensible modifiant la section d'écoulement du fluide dans le circuit et limitant le débit du fluide au niveau de l'échangeur thermique en fonction de 30 la température du fluide au niveau dudit dispositif thermosensible. Ce circuit peut être un circuit pneumatique. On propose également un procédé de contrôle de la température d'un fluide circulant dans un circuit entre une zone haute température et une zone basse température, ledit circuit comprenant un échangeur thermique agencé entre la zone haute température et la zone basse température, dans lequel la température est contrôlée par la déformation passive en fonction de la température d'un dispositif thermosensible, la déformation dudit dispositif thermosensible modifiant la section d'écoulement du fluide dans le circuit et limitant le débit du fluide au niveau de l'échangeur thermique en fonction de la température du fluide au niveau dudit dispositif thermosensible. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1, déjà commentée, est un schéma illustrant un circuit de circulation d'un fluide entre une zone chaude et une zone froide connu de l'état de la technique; - la figure 2, déjà commentée, est un graphique représentant un exemple de courbe de température de l'air en sortie d'un échangeur thermique en fonction du débit d'entrée de l'air dans l'échangeur thermique dans un circuit similaire à celui représenté sur la figure 1; - la figure 3 est un schéma illustrant un circuit de circulation d'un fluide entre une zone chaude et une zone froide selon l'invention. - la figure 4 est un graphique représentant un exemple de courbe de température de l'air en sortie d'un échangeur thermique en fonction du débit d'entrée de l'air dans l'échangeur thermique dans un circuit similaire à celui représenté sur la figure 3; - les figures 5a et 5b illustrent le fonctionnement d'un exemple de dispositif de limitation de débit. DESCRIPTION DETAILLEE La figure 3 illustre un circuit de circulation d'un fluide depuis une zone haute température la en amont vers une zone basse température lb en aval, qui comprend un échangeur thermique 2 agencé dans le circuit entre la zone haute température la et la zone basse température 1b, de façon similaire au système connu représenté sur la figure 1. Le circuit de la figure 3 comporte en outre un dispositif de limitation de débit agencé dans le circuit en aval de l'échangeur thermique 2. Il est ici en amont d'un distributeur 3 régulant le débit de fluide. Un collecteur 4 prélève le fluide en zone chaude la pour sa circulation dans le circuit. Le dispositif de limitation de débit contrôle la température du fluide le traversant en agissant sur le débit du fluide. Il comprend à cet effet un dispositif thermosensible 5 se déformant passivement en fonction de la température du fluide circulant au niveau dudit dispositif thermosensible 5, la déformation dudit dispositif thermosensible 5 modifiant la section d'écoulement du fluide dans le circuit et limitant le débit du fluide en fonction de la température du fluide au niveau dudit dispositif thermosensible. Le dispositif thermosensible 5 réagit à l'augmentation de la chaleur en diminuant le débit du fluide le traversant au moyen de la modification d'une section d'écoulement du fluide. Cette diminution de débit permet une diminution de température en aval de l'échangeur thermique 2, qui se rapproche alors de son point de fonctionnement nominal. Le dispositif thermosensible 5 permet ainsi de créer une perte de charge qui augmente très fortement lorsque la température en aval de l'échangeur thermique 3 dépasse les valeurs normales. Cette perte de charge diminue alors le débit passant dans le circuit. Le dispositif thermosensible 5 peut être continu et réversible, ou bien bistable et réversible ou non. Dans le cas d'un dispositif continu réversible, la perte de charge évoluera jusqu'à un équilibre entre débit passant et température. Dans le cas d'un dispositif bistable, la perte de charge évoluera de façon brusque au-delà d'un seuil de température. Ainsi, la relation entre la température du fluide et le débit induit par le dispositif thermosensible 5 est différente de chaque côté d'un seuil de température. Ce basculement pourra être réversible ou irréversible selon le choix technique réalisé. La situation illustrée par la figure 2 est repris par la figure 4 dans le cas d'un circuit comportant un dispositif de limitation de débit comme sur la figure 3. Sur cette figure 4, on a représenté une courbe 40 de température de l'air en sortie de l'échangeur thermique 2 en fonction du débit d'entrée de l'air dans l'échangeur thermique 2. On y retrouve le point de fonctionnement nominal 41 correspondant à une température de l'air en sortie de l'échangeur thermique 2 de 200°C pour un débit d'entrée d'air de 2,2 g/s. Le point de fonctionnement de panne 42 correspondrait au cas où le débit atteint 10 g/s, entrainant une température de sortie de l'air de plus de 450°C. A titre d'exemple, une fuite de 10 g/s avec une pression d'alimentation de 30 bar à 633°C correspond à une section équivalente de fuite de 2,7 nnnn2. Si on dimensionne le dispositif thermosensible 5 pour limiter la température à 250°C en cas de panne, on doit limiter le débit passant à 3 g/s environ, par exemple en agissant sur la section d'écoulement d'air au niveau du dispositif thermosensible 5. Pour obtenir ce débit, le dispositif thermosensible 5, en réaction à la température, doit réduire sa section pneumatique à 0,75 nnnn2 (ce qui fait également chuter la pression en amont du distributeur 3). Le dispositif thermosensible 2 permet donc de réduire la fuite (de 10 g/s à 3 g/s), la pression (de 30 bar à 6,8 bar) et la température (de 450°C à 250°C). L'invention permet donc d'éviter d'atteindre ce point de fonctionnement de panne 42. On atteint donc un point de fonctionnement limité 43, dans lequel la température du fluide en amont du dispositif thermosensible 5 est limitée à un niveau acceptable au moyen de la limitation du débit du fluide. De préférence, le dispositif thermosensible 5 est un dispositif passif, pour des raisons de robustesse et de simplicité, et afin de limiter les risques de disfonctionnement. Ainsi, le dispositif thermosensible 5 se déforme par la température du fluide sans intervention extérieure, et notamment sans commande ni alimentation électrique. Le dispositif thermosensible 5 agit préférentiellement sur le débit du fluide par un rétrécissement de la section d'écoulement du fluide. Les figures 5a et 5b illustrent un mode de réalisation d'un dispositif thermosensible 5 qui peut être utilisé pour mettre en oeuvre le dispositif de limitation de débit précédemment exposé et qui répond à ces critères préférentiels. Un bilame 51 portant un clapet 52 est disposé dans le chemin de circulation du fluide, dont le sens de circulation est indiqué par des flèches. Le bilame 51 est constitué de deux lames souples de métaux ou d'alliages différents, présentant des coefficients de dilatation thermique différents, en contact avec le fluide, et donc sensibles à la température de celui-ci. En réaction à la température, ces lames se dilatent différemment, entraînant la déformation du bilame 51. Le bilame 51 et le clapet 52 sont configurés de sorte que lorsque la température s'élève, la déformation du bilame 51 entraîne le rétrécissement de la section de circulation du fluide. Les coefficients de dilatation des lames souples sont choisis notamment en fonction de la relation entre la température et le débit qui veut être obtenue. Dans la figure 5a, la température du fluide est suffisamment basse pour que la déformation du bilame 51 n'impacte pas significativement la section de circulation du fluide. Dans la figure 5b, la température du fluide est plus élevée que pour la figure 5a, et la déformation du bilame 51 est suffisamment importante pour diminuer la section d'écoulement du fluide. De préférence, le clapet 52 est disposé en regard d'une lumière 53 par laquelle s'écoule le fluide, et la déformation du bilame 51 en réponse à l'augmentation de la température du fluide rapproche le clapet 52 de la lumière 53 afin de limiter la section d'écoulement du fluide au niveau de cette lumière. Un tel mode de réalisation du dispositif thermosensible 5 est un exemple non limitatif. Le dispositif thermosensible 5 peut également être une capsule thermosensible à dilatation thermique avec ou sans changement de phase. En outre, un dispositif de limitation de débit dans un circuit de fluide peut comprendre plusieurs dispositifs thermosensibles 5. De même, il peut être prévu plusieurs dispositifs de limitation de débit dans un circuit de fluide, éventuellement associés à plusieurs échangeurs de chaleur 3, agencés en série dans le circuit de circulation de fluide.30 REVENDICATIONS1. Dispositif de limitation de débit dans un circuit de fluide dans lequel un fluide circule entre une zone haute température (1a) et une zone basse température (lb), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif thermosensible (5) apte à se déformer passivement en fonction de la température du fluide circulant au niveau dudit dispositif thermosensible (5), la déformation dudit dispositif thermosensible (5) modifiant la section d'écoulement du fluide dans le circuit et limitant le débit du fluide en fonction de la température du fluide au niveau dudit dispositif thermosensible (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif thermosensible est de déformation réversible. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif thermosensible (5) est du type présentant un comportement bistable. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif thermosensible (5) comprend un bilame (51). 5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le bilame (51) supporte un clapet (52). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif thermosensible (5) est une capsule thermosensible à dilatation thermique avec ou sans changement de phase. 7. Circuit dans lequel un fluide circule entre une zone haute température (1a) et une zone basse température (lb) comprenant un échangeur thermique (2) agencé entre la zone haute température (1a) et la zone basse température (lb), caractérisé en ce qu'il comprend en aval del'échangeur thermique, un dispositif de limitation de débit selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Circuit selon la revendication précédente, ledit circuit étant un circuit pneumatique. 9. Procédé de contrôle de la température d'un fluide circulant dans un circuit entre une zone haute température (1a) et une zone basse température (lb), ledit circuit comprenant un échangeur thermique (2) agencé entre la zone haute température (1a) et la zone basse température (lb), caractérisé en ce que la température est contrôlée par la déformation passive en fonction de la température d'un dispositif thermosensible (5), la déformation dudit dispositif thermosensible (5) modifiant la section d'écoulement du fluide dans le circuit et limitant le débit du fluide au niveau de l'échangeur thermique (2) en fonction de la température du fluide au niveau dudit dispositif thermosensible (5).