Brevet FR3005440A1 — publié le 20141114

BOUCLE D'AUTO-REFROIDISSEMENT AVEC VENTILATEUR ÉLECTRIQUE DYNAMIQUE POUR COMPRESSEUR À MOTEUR HISTORIQUE Cette invention concerne un système de refroidissement de moteur pour un compresseur à moteur dans un Système de Génération de Gaz Inerte Embarqué (OBIGGS) d'aéronef. L'aéronef et d'autres véhicules peuvent inclure un OBIGGS pour produire du gaz inerte. Un OBIGGS comprend généralement un module de séparation d'air 10 (MSA), qui divise l'air en un débit d'air enrichi en azote inerte (AEA) et un débit de d'air enrichi en perméat d'oxygène (AEO). Le débit d'AEA peut, par exemple, être utilisé pour les réservoirs de carburant d'un aéronef ou d'un véhicule. Les modèles d'OBIGGS peuvent comprendre un échangeur de chaleur et un système de compresseur à moteur (CAM). Le système CAM peut comprendre des 15 premier et second compresseurs. L'échangeur de chaleur peut être disposé dans un conduit d'air dynamique. Pendant le fonctionnement au sol, le débit d'air de refroidissement sur l'échangeur de chaleur est généralement fourni par un système d'éjection en aval du système CAM, ce qui crée une zone de basse pression et aspire l'air à travers l'échangeur de chaleur. L'air de l'éjecteur est généré à partir de la 20 seconde sortie du compresseur CAM. Au cours de divers vols et conditions de températures de jour (c'est-à-dire, jours froids à chauds), le débit d'air sur l'échangeur de chaleur peut varier. Par exemple, dans les conditions de jour chaud, il peut ne pas y avoir assez de débit d'air pendant les opérations au sol pour suffisamment refroidir l'échangeur de chaleur. 25 En outre, le CAM est généralement refroidi par une boucle de refroidissement qui peut passer à travers un refroidisseur intermédiaire. Actuellement, la boucle de refroidissement CAM aspire l'air depuis la sortie du premier compresseur, et l'air est en fin de compte éliminé par-dessus bord après être passé à travers la boucle de refroidissement. Cela réduit l'efficacité de la boucle de refroidissement CAM lors des 30 opérations au sol. Le MSA reçoit de l'air comprimé du CAM. Cependant, les modèles actuels de refroidissement du CAM ne fournissent pas efficacement la température d'entrée du MSA adéquate pendant le vol. En outre, l'éjecteur peut abaisser le débit de l'air 1 disponible dans le système CAM, qui à son tour diminue la quantité d'air disponible pour le MSA. RÉSUMÉ Un système de compresseur à moteur comprend un moteur avec une boucle de refroidissement interne. La boucle de refroidissement interne aspire l'air de refroidissement depuis l'extérieur du système de compresseur à moteur. Le système de compresseur comprend également au moins un compresseur à moteur et un échangeur de chaleur en communication fluidique avec le compresseur et la boucle de refroidissement. L'échangeur de chaleur est disposé dans un conduit d'air dynamique. Un système de génération de gaz inerte embarqué (OBIGGS) et un procédé comprenant le système de compresseur à moteur sont également décrits. De préférence, ledit au moins un compresseur peut comprendre un premier compresseur et un second compresseur. De préférence, un ventilateur peut être disposé en aval de l'échangeur de chaleur dans le conduit d'air dynamique. Ce ventilateur peut être un ventilateur électrique. De préférence, ledit échangeur de chaleur peut être un échangeur de chaleur de type refroidisseur intermédiaire. De préférence, le compresseur à moteur peut en outre comprendre un palier et une boucle de refroidissement du rotor. Ledit palier et ladite boucle de refroidissement du rotor peuvent aspirer de l'air de refroidissement depuis une sortie de l'échangeur de chaleur. Alternativement ou en combinaison, ledit palier et ladite boucle de refroidissement du rotor peuvent alimenter la boucle de refroidissement interne. L'invention concerne également un système de génération de gaz inerte intégré (OBIGGS) pour un moteur à turbine à gaz, comprenant : un module de séparation d'air (MSA) configurê pour séparer l'air enrichi en azote de l'air enrichi en oxygène ;et un système de compresseur à moteur selon l'invention, ledit système de compresseur à moteur alimentant en air le MSA, la boucle de refroidissement interne dudit système de compresseur à moteur aspirant l'air de refroidissement depuis l'extérieur du OBIGGS et l'échangeur de chaleur dudit système de compresseur à moteur refroidissant l'air entrant dans le MSA. En particulier, l'échangeur de chaleur dudit système de compresseur à moteur peut être configuré pour refroidir l'air entrant dans lêMSA. De préférence, le ventilateur dudit système de compresseur à moteur peut être disposé en aval de l'échangeur de chaleur et en amont d'un échappement par-dessus bord dans le conduit d'air dynamique. De préférence, l'air du premier compresseur peut alimenter l'échappement par-dessus bord à un premier point de mélange et l'air enrichi en oxygène peut 10 alimenter l'échappement par-dessus bord à un deuxième point de mélange. Lesdits premier et second points de mélange peuvent être en aval du ventilateur et/ou en amont du ventilateur. De préférence, l'air sortant de la boucle de refroidissement interne peut être refroidi par l'échangeur de chaleur. 15 L'invention concerne également un procédé de refroidissement d'un système de génération de gaz inerte embarqué (OBIGGS), comprenant : la fourniture d'un moteur entraînant au moins un compresseur ; la fourniture d'un échangeur de chaleur disposé dans un conduit d'air dynamique et configuré pour refroidir l'air passant à un module de séparation d'air 20 (MSA) à partir du au moins un compresseur ; l'aspiration de l'air de refroidissement depuis l'extérieur de l'OBIGGS ; et la fourniture l'air de refroidissement à une boucle de refroidissement du moteur. De préférence, le procédé peut en outre comprendre la fourniture d'un 25 ventilateur en aval de l'échangeur de chaleur dans le conduit d'air dynamique. De préférence, le procédé peut en outre comprendre le passage de l'air sortant de la boucle de refroidissement à travers l'échangeur de chaleur. De préférence, le procédé peut en outre comprendre l'aspiration d'air de refroidissement supplémentaire provenant d'une sortie de l'échangeur de chaleur et la 30 fourniture de l'air de refroidissement supplémentaire à un palier et à une boucle de refroidissement du rotor. Le procédé peut alors comprendre en outre le passage de l'air sortant du palier et de la boucle de refroidissement du rotor à la boucle de refroidissement du moteur. 3 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention peut être mieux comprise en référence à la description détaillée suivante lorsqu'elle est considérée en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 illustre schématiquement un exemple de la technique antérieure sans éjecteur de système de génération de gaz inerte embarqué (OBIGGS) avec un ventilateur électrique et un compresseur à moteur à auto-refroidissement (CAM). La figure 2 illustre schématiquement un autre OBIGGS de la technique antérieure avec un ventilateur électrique et un CAM à auto-refroidissement. La figure 3 illustre schématiquement un autre détail de CAM à auto- refroidissement. DESCRIPTION DÉTAILLÉE La figure 1 montre un exemple schématique de la technique antérieure sans éjecteur de Système de Génération de Gaz Inerte Embarqué (OBIGGS) 10. L'OBIGGS 10 comprend un module de séparation d'air (MSA) 12. Comme on le sait, le module de séparation d'air filtre l'air en un perméat (air enrichi en oxygène, ou AEO), qui sort du MSA par un conduit 14, et en un air d'azote inerte (AEN) vrai, qui sort du MSA par l'intermédiaire d'un conduit 16. Le MSA 12 reçoit de l'air frais provenant d'un système de compresseur à moteur (CAM) 20 par un conduit 18. Un filtre 19 peut filtrer l'air dans le conduit 18 avant qu'il n'atteigne le MSA 12. Le système CAM 20 peut comprendre des premier et second compresseurs (C) 22 et 24, un moteur 26 et un échangeur de chaleur 28. L'échangeur de chaleur peut être un échangeur de chaleur du type refroidisseur intermédiaire. C'est-à-dire, un fluide de refroidissement et un fluide voyageant à travers le système CAM 20 ne se mélangent pas. L'échangeur de chaleur 28 refroidit l'air pour le MSA 12 et le moteur 26. Le débit de refroidissement pour l'échangeur de chaleur 28 est assuré par un conduit d'air dynamique 30 dans un exemple. Le débit d'air dynamique peut étre contrôlé par une vanne 32. L'air de refroidissement supplémentaire peut également être assuré par une entrée auxiliaire 34 passant à travers la surface d'un aéronef associé. Un ventilateur électrique 36 est disposé en aval de l'échangeur de chaleur 28 dans un échappement 38 par-dessus bord. Un tuyau d'échappement 40 peut aussi être disposé en aval de l'échangeur de chaleur 28. 4 Les premier et second compresseurs 22, 24 sont entraînés par le moteur 26. L'air pénètre dans le système CAM 20 depuis une entrée 42. Cet air peut venir d'une cabine ou d'un compartiment de marchandises d'un aéronef. Un second tuyau d'échappement 44 et/ou une valve 46 peut être disposé en aval de l'entrée du CAM 42. De l'air est comprimé par le premier compresseur-22 et envoyé à l'échangeur de chaleur 28. L'air de l'échangeur de chaleur 28 passe au deuxième compresseur 24. Les passages de débit pour l'air du système dans l'échangeur de chaleur 28 ne sont pas représentés mais seraient évidents pour un homme de métier. L'air provenant des deuxièmes cycles du compresseur 24 de retour à l'échangeur de chaleur 28 par la ligne de retour 48. L'air provenant de la ligne 48 entre dans l'échangeur de chaleur 28 pour se transformer en air climatisé de température 18 qui alimente le filtre 19. L'air sortant du moteur 26 et le perméat sortant du MSA 12 via le conduit 14 peut alimenter l'échappement par-dessus bord 38 aux points de mélange 39a et 39b, respectivement. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, ces deux points de mélange 39a, 39b sont en amont du ventilateur électrique 36. Le système CAM 20 comprend une boucle de refroidissement 50. De l'air comprimé chaud provenant du premier compresseur 22 est poussé à travers un refroidisseur intermédiaire 100 via un conduit 51. Le refroidisseur intermédiaire 100 alimente le moteur 26 pour le refroidissement du stator direct. L'air comprimé chaud est refroidi par l'échangeur de chaleur 28 dans le refroidisseur intermédiaire 100 et est utilisé pour refroidir le moteur 26. Pendant le vol, la valve 60 est fermée. L'air dynamique de refroidissement peut ensuite être utilisé pour refroidir le moteur 26 par le conduit 54. Pendant les opérations au sol, le palier et le refroidissement du rotor est fourni par le débit 56 tandis que la valve de contrôle 61 est fermée. En se référant à la figure 2, un autre OBIGGS 10 de la technique antérieure est représenté schématiquement. Dans cet autre OBIGGS 10, le point de mélange 39b est en aval du ventilateur électrique 36. Dans cet exemple, de l'air sortant du deuxième compresseur 24 dans le conduit de retour 48 peut passer directement au MSA 12 par le conduit 18. L'OBIGGS 10 peut également comprendre une. détection de la température ou un système de régulation. Par exemple, sur la figure 1, l'OBIGGS 10 comprend un système de détection de surchauffe 64 intégré dans l'OBIGGS pour assurer que les composants du système, par exemple, les premier et second compresseurs 22, 24, ne 5 dépassent pas une température de seuil prédéterminée qui peut affecter le fonctionnement du système CAM 20. Sur la figure 2, une valve de régulation de température 66 est disposée à proximité de l'alimentation de l'échangeur de chaleur pour assurer que l'air qui pénètre dans le MSA 12 est à une température appropriée. La figure 3 montre un agencement détaillé du système CAM 20. Le système CAM 20 a une boucle de refroidissement interne 68. La boucle de refroidissement interne 68 aspire de l'air de refroidissement à partir de la prise 52 externe à l'OBIGGS 10. L'air de refroidissement passe à travers le système de refroidissement interne 68, et puis peut être refroidi par l'échangeur de chaleur 28. En outre, un palier et une boucle de refroidissement de rotor 74 peut aspirer l'air de la sortie de l'échangeur de chaleur 28 et peut alimenter la boucle de refroidissement interne 68. Bien que des exemples de modes de réalisation aient été décrits, un homme de métier reconnaîtrait que certaines modifications viendraient dans le champ d'application des revendications. Pour cela et pour d'autres raisons, les revendications suivantes doivent être étudiées pour déterminer leur véritable portée et contenu. REVENDICATIONS1. Système de compresseur à moteur (20) destiné à être utilisé dans un système de génération de gaz inerte embarqué (OBIGGS) (10), comprenant : un moteur (26) comprenant une boucle de refroidissement interne (68), dans lequel la boucle de refroidissement interne (68) aspire l'air de refroidissement depuis l'extérieur du système de compresseur à moteur (20) ; au moins un compresseur (22, 24) entraîné par un moteur (26); et un échangeur de chaleur (28) en communication fluidique avec le au moins un compresseur (22, 24) et la boucle de refroidissement (68) et disposé dans un conduit d'air dynamique (30). 2. Système de compresseur à moteur (20) de la revendication 1, dans lequel le au moins un compresseur comprend un premier compresseur (22) et un second compresseur (24). 3. Système de compresseur à moteur (20) de la revendication 1 ou 2, dans lequel un ventilateur (36) est disposé en aval de l'échangeur de chaleur dans le conduit d'air dynamique. 4. Système de compresseur à moteur (20) de la revendication 3, dans lequel le ventilateur (36) est un ventilateur électrique. 5. Système de compresseur à moteur (20) de la revendication 3 ou 4, dans lequel le conduit d'air dynamique (30) alimente un échappement par-dessus bord (38) en aval depuis le ventilateur (36). 6. Système de compresseur à moteur ('20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'échangeur de chaleur (28) est un échangeur de chaleur de type refroidisseur intermédiaire. 7. Système de compresseur à moteur (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre un palier et une boucle de refroidissement du rotor (74). 8. Système de compresseur à moteur (20) de la revendication 7, dans lequel le palier et la boucle de refroidissement du rotor (74) aspirent de l'air de refroidissement depuis une sortie de l'échangeur de chaleur (28). 9. Système de compresseur (20) à moteur de la revendication 7 ou 8, dans lequel le palier et la boucle de refroidissement du rotor (74) alimentent la boucle de refroidissement interne' (68). 10. Système de génération de gaz inerte intégré (OBIGGS) (10) pour un moteur à turbine à gaz, comprenant : un module de séparation d'air (MSA) (12) configuré pour séparer l'air enrichi en azote de l'air enrichi en oxygène ; et un système de compresseur à moteur (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit système de compresseur à moteur (20) alimentant en air le 20 MSA (12), la boucle de refroidissement interne (68) dudit système de compresseur à moteur aspirant l'air de refroidissement depuis l'extérieur du OBIGGS (10) et l'échangeur de chaleur (28) dudit système de compresseur à moteur refroidissant l'air entrant dans le MSA (12). 11. Procédé de refroidissement d'un système de génération de gaz inerte embarqué (OBIGGS) (10), comprenant : la fourniture d'un moteur (26) entraînant au moins un compresseur (22, 24) ; la fourniture d'un échangeur de chaleur (28) disposé dans un conduit d'air dynamique (30) et configuré pour refroidir l'air passant à un module de séparation 30 d'air (MSA) (12) à partir du au moins un compresseur (22, 24); l'aspiration de l'air de refroidissement depuis l'extérieur de l'OBIGGS (10); et la fourniture l'air de refroidissement à une boucle de refroidissement du moteur (68). 12. Procédé de la revendication 11, comprenant en outre la fourniture d'un ventilateur (36) en aval de l'échangeur de chaleur (28) dans le conduit d'air dynamique (30). 13. Procédé de revendications 11 ou 12, comprenant en outre le passage de l'air sortant de la boucle de refroidissement (68) à travers l'échangeur de chaleur (28). 14. Procédé de l'une quelconque des revendications 11 à 13, comprenant en outre l'aspiration d'air de refroidissement supplémentaire provenant d'une sortie de l'échangeur de chaleur et la fourniture de l'air de refroidissement supplémentaire à un palier et à une boucle de refroidissement du rotor (74). 15. Procédé de la revendication 14, comprenant en outre le passage de l'air sortant du palier et de la boucle de refroidissement du rotor (74) à la boucle de refroidissement du moteur (68). 9