Brevet FR3069852A1 — publié le 20190208

T0001-FR-P Dispositif pour la fourniture d'utilités à un aéronef au sol Domaine technique [1] L'invention se rapporte au domaine de la fourniture d'utilités à un aéronef au sol. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à la combinaison synergique d'un convertisseur de 5 fréquence à 400 Hz pour alimenter un aéronef et d'un module d'air pré-conditionné pour refroidir l'aéronef. Etat de la technique [2] Les dispositifs de fourniture électrique et d'air conditionné à un aéronef au sol sont bien connus. Par exemple, la demande de brevet US 20030164256 décrit un véhicule de 10 fourniture électrique et d'air pré-conditionné à un aéronef qui peut également comprendre au moins une unité d'assistance de démarrage des moteurs d'aéronef et/ou une unité de puissance hydraulique. [3] Un tel dispositif comprend une alimentation électrique qui alimente un aéronef en courant électrique alternatif à 400 Hz. En vol, cette énergie électrique est fournie par des 15 alternateurs associés aux moteurs de l'avion. Lorsque l'aéronef est au sol, il peut être alimenté en courant électrique à partir d'un réseau de distribution ou d'un générateur. Les réseaux de distribution électrique délivrent habituellement du courant alternatif à 50 ou 60 Hz. De même, les générateurs industriels sont, la plupart du temps, configurés pour fournir du courant alternatif à 50 ou 60 Hz. Un module convertisseur de fréquence 50/60 Hz vers 400 Hz doit 20 donc être utilisé pour transformer le courant venant du réseau ou du générateur en courant adéquat pour l'aéronef. [4] L'intérieur d'un aéronef au sol chauffe très rapidement, en particulier lorsque le temps est ensoleillé. Un conditionnement de l'air ambiant, pour assurer la sécurité et le confort des occupants, est donc nécessaire. Lorsque l'aéronef est en vol, le conditionnement d'air est 25 assuré par une unité embarquée. Lorsqu'il est au sol, un module de pré-conditionnement d'air (PCA) monté sur un dispositif de fourniture est utilisé comme alimentation en air pré-conditionné. Le module PCA est généralement alimenté en courant alternatif à 50 ou 60 Hz. 151 Les alimentations en courant et en air pré-conditionné peuvent être montées séparément ou ensemble sur un véhicule mobile. Alternativement, elles peuvent être intégrées 30 à un terminal d'un aéroport. Les alimentations peuvent être individuelles pour chaque aéronef ou communes à plusieurs aéronefs. TO001-FR-P [6] Le module PCA comprend généralement des moteurs contrôlant un ventilateur, un ou plusieurs compresseurs, et dont la vitesse peut être modifiée en fonction des besoins à l'aide de variateurs de vitesse électroniques. Un variateur de vitesse électronique comprend un module de redressement du courant électrique alternatif d'alimentation, engendrant des distorsions harmoniques sur le réseau électrique alimentant le module PCA. Ces distorsions harmoniques doivent être filtrées pour éviter des interférences avec les autres équipements raccordés au réseau. [7] Un convertisseur de fréquence d'un courant à 50-60 en un courant à 400Hz permettant la conversion de l'énergie électrique 50-60Hz en énergie électrique à 400Hz / 200V pour alimenter électriquement un avion est un ensemble sensible. Ses composants, en particulier les composants électroniques, chauffent pendant l'utilisation du convertisseur, ce qui réduit leur efficacité et augmente le risque de panne du convertisseur. Le risque de panne ou de perte d'efficacité est d'autant plus grand que la température ambiante est haute. La puissance disponible du convertisseur de fréquence est également limitée par la température des - composants électroniques. [8] Un convertisseur de fréquence comprend un module de redressement qui génère lui- aussi des distorsions harmoniques sur le réseau électrique. Ces distorsions harmoniques entrainent des perturbations sur le réseau électrique qui sont susceptibles d'interférer avec d'autres équipements raccordés au réseau électrique et qui doivent être filtrées. [9] Il existe donc un besoin pour des dispositifs de fourniture à un aéronef au sol dans lesquels les composants les plus fragiles, tels que le convertisseur de fréquence, gardent leur efficacité maximale sur le long terme et dans lesquels les interférences avec d'autres équipements raccordés au réseau électrique sont limitées. Résumé de l'invention [10] L'invention est définie par les revendications indépendantes. Les revendications dépendantes définissent des modes de réalisation préférés de l'invention. Le problème technique défini supra est résolu en créant une symbiose entre le PCA et le convertisseur de fréquence. D'une part, comme tout composant électronique, le convertisseur de fréquence perd de son efficacité en chauffant. En déviant de l'air réfrigéré généré par le PCA vers le convertisseur de fréquence, les performances de ce dernier en sont augmentées dans des environnements chauds. La durée de vie des composants peut ainsi être allongée de manière significative. D'autre part, le PCA et le convertisseur de fréquence comprenant tous les deux un module de redressement génèrent actuellement des distorsions harmoniques qui doivent 1-0001-FR-P être filtrées. Ainsi, par exemple, un module unique de redressement du courant alternatif en courant continu peut être mutualisé et commun aux deux systèmes. [11] Ainsi, la présente invention concerne un dispositif pour la fourniture d'utilités à un aéronef au sol, connectable à une source de courant électrique alternatif de fréquence 5 différente de 400 Hz, ledit dispositif comprenant les modules suivants : (a) un module de fourniture d'air pré-conditionné (PCA), apte à générer un courant d'air froid à injecter à l'intérieur de l'aéronef pour le refroidir ; et (b) un module convertisseur de fréquence (CdF) apte à convertir le courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz en courant électrique alternatif à une 1 0 fréquence de 400 Hz et d'en alimenter l'aéronef; caractérisé en ce que le dispositif comprend, en outre, des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence pour le refroidir. [12] Le dispositif comprend de préférence, en outre, une unité de contrôle et de commande 15 configurée pour : - diriger la partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou dépasse un seuil supérieur de température prédéfini, T1 ; - ne pas diriger la partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air 20 pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou passe sous un seuil inférieur de température prédéfini, TO inférieur ou égal à T1, TO REVENDICATIONS1. Dispositif pour la fourniture d'utilités à un aéronef au sol, cormectable à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz, ledit dispositif comprenant les modules suivants : (a) un module de fourniture d'air pré-conditionné (PCA), apte à générer un courant d'air froid à injecter à l'intérieur de l'aéronef pour le refroidir ; et (b) un module convertisseur de fréquence (CdF) apte à convertir le courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz et d'en alimenter l'aéronef; caractérisé en ce que le dispositif comprend, en outre, des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence pour le refroidir. 2. Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel le dispositif comprend, en outre, une unité de contrôle et de commande configurée pour : - diriger la partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou dépasse un seuil supérieur de température prédéfini, Ti ; - ne pas diriger la partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou passe sous un seuil inférieur de température prédéfini, TO inférieur ou égal à Ti, TO 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité de contrôle et de commande est configurée pour réduire l'alimentation du module de fourniture d'air pré-conditionné lorsque la demande en énergie électrique à 400 Hz de l'aéronef dépasse un seuil d'intensité prédéfini. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz fournit une intensité nominale et dans lequel le seuil d'intensité prédéfini dépend de l'intensité nominale. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l'unité de contrôle et de commande comprend une unité d'acquisition, de mémorisation et d'affichage de TO001-FR-P 17 l'utilisation et de la consommation énergétique du dispositif de fourniture d'air pré-conditionné et du convertisseur de fréquence pour chaque aéronef traité. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif 5 comprend en outre un redresseur électrique apte à redresser le courant alternatif de ladite source d'énergie électrique en courant continu, de préférence avec génération de distorsions harmoniques faibles et inférieures à 20 %, de préférence inférieure à 15 %, idéalement inférieure à 10 %, et à alimenter avec ledit courant continu au moins le module PCA et le module CdF du dispositif 10 7. Dispositif suivant la revendication 6, comprenant des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air pré-conditionné vers le redresseur pour le refroidir. 15 8. Dispositif suivant la revendication 7, dans lequel le dispositif comprend une unité de contrôle et de commande configurée pour réguler le débit de la partie du courant d'air froid généré par le module PCA utilisée pour refroidir le redresseur en fonction de la température de ce dernier, de sorte à augmenter le débit lorsque la température du redresseur augmente au-dessus d'une température maximale prédéfinie, Tmax, et à le diminuer lorsque la 20 température diminue en-dessous température minimale prédéfinie, Tmin, Tmin 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module PCA, et le module CdF sont montés sur un même bâtit. 25 10. Procédé de fourniture d'utilités à un aéronef au sol comprenant les étapes suivantes : (a) connecter électriquement un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz; (b) connecter fluidiquement le module PCA avec l'intérieur de l'aéronef pour y injecter 30 un courant d'air froid ; (c) connecter électriquement le module CdF à l'aéronef pour assurer son approvisionnement en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz; caractérisé en ce que le procédé comprend l'étape de : (d) refroidir le convertisseur de fréquence en déviant vers celui-ci une partie du courant d'air froid généré par le module PCA. TO001-FR-P 18 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le dispositif comprend en outre un redresseur électrique et comprend les étapes suivantes : - redresser le courant alternatif de ladite source de courant électrique alternatif de 5 fréquence différente de 400 Hz en courant continu, et alimenter avec ledit courant continu au moins le module PCA et optionnellement, le module CdF du dispositif, et - refroidir le redresseur avec une partie du courant d'air froid généré par le module de fourniture d'air pré-conditionné. 10. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, comprenant une étape de réduire l'alimentation du module de fourniture d'air pré-conditionné lorsque la demande en énergie électrique à 400 Hz dépasse un seuil d'intensité prédéfini, pour assurer le fonctionnement du système avec un dimensiormement de l'alimentation électrique réduit. 15 13. Procédé selon les revendication 11 et 12, comprenant l'étape de réguler le débit de la partie du courant d'air froid généré par le module PCA utilisée pour refroidir le redresseur en fonction de la température de ce dernier, de sorte à augmenter le débit lorsque la température du redresseur augmente et à le diminuer lorsque la température diminue. 20