Brevet FR3122166A1 — publié le 20221028

La présente description se rapporte généralement à un système pour éliminer le carburant dʼun mélange dʼair et de vapeur de carburant dans un espace creux dʼun réservoir de carburant dʼaéronef. Le système inclut un compresseur pour aspirer le mélange dʼair et de vapeur de carburant de lʼespace creux et diriger le mélange dʼair et de vapeur de carburant à travers un échangeur de chaleur où le mélange dʼair et de vapeur de carburant est refroidi. Le système inclut également une turbine configurée pour être entraînée par le mélange d’air et de carburant de l’échangeur de chaleur. La puissance provenant de la turbine peut être transférée de retour vers le compresseur pour aider à entraîner la rotation du compresseur. Le système inclut en outre un séparateur pour recevoir le mélange d’air et de vapeur de carburant de la turbine et séparer au moins une partie du carburant liquide du mélange d’air et de vapeur de carburant. À partir du séparateur, un carburant liquide séparé et un mélange d’air et de vapeur de carburant avec une concentration réduite de vapeur de carburant sont renvoyés au réservoir de carburant d’aéronef. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Système et procédé pour réduire la concentration de vapeur de carburant dans le creux d’un réservoir de carburant La présente description se rapporte généralement à un système et un procédé pour rendre un creux d’un réservoir de carburant ininflammable et plus particulièrement à un système et un procédé pour réduire la concentration de vapeur de carburant dans le creux d’un réservoir de carburant. CONTEXTE On sait bien traiter le creux (c’est-à-dire, la partie d’un réservoir au-dessus du liquide) d’un réservoir de carburant d’aéronef pour empêcher que le réservoir brûle. Dans ces types de réservoirs de carburant d’aéronef, il est souhaitable de garder la concentration de carburant dans le mélange de creux à un niveau bas. Des systèmes ont été développés pour améliorer la sécurité du réservoir de carburant. Des exemples de systèmes sont décrits dans les brevets U.S. n° 7 918 358, 9 016 078, et 7 955 424, et la publication de brevet U.S. n° 20130341465. On sait bien utiliser un ou plusieurs filtres ou « modules de séparation d’air » (ASM) qui permettent la séparation d’un approvisionnement en air d’admission dans une partie d’air enrichi en azote (NEA) et une partie d’air enrichi en oxygène (OEA). Afin de faire fonctionner des modules de séparation d’air efficacement, ils doivent être approvisionnés en air d’admission à une pression relativement élevée (typiquement 40 psig (2,76 x 105 Pag) ou plus). Il est possible de fonctionner à des pressions inférieures, mais cela signifierait que plusieurs modules de séparation d’air seraient requis avec l’augmentation conséquente du poids et de la complexité, ce qui est non souhaitable. Certains systèmes de réduction d’inflammabilité classiques déplacent l’air dans l’espace creux avec de l’air enrichi en azote inerte qui est généré en utilisant un dispositif de séparation d’air tel qu’un système utilisant des membranes à fibres creuses. La technologie des membranes à fibres creuses peut être utilisée pour séparer de l’air en oxygène et azote, et pour fournir de l’air enrichi en azote dans lequel la concentration d’azote est supérieure à celle de l’air ambiant, et la concentration d’oxygène est inférieure. Ces systèmes peuvent être complexes et ont des composants à durée de vie limitée qui peuvent conduire à des coûts de propriété significatifs. Il existe un besoin pour des systèmes améliorés pour éliminer efficacement la vapeur de carburant de telle sorte que le mélange vapeur/air dans le creux d’un réservoir de carburant est ininflammable. RÉSUMÉ Les systèmes et procédés décrits ici ont des caractéristiques qui rendent un mélange gazeux de creux de réservoir de carburant ininflammable en éliminant la vapeur de carburant du réservoir de carburant pour maintenir le mélange gazeux de creux en dessous de la limite inférieure d’inflammabilité spécifiée par la réglementation de la Federal Aviation Administration (FAA). La réglementation requiert que les réservoirs de carburant d’un aéronef civil soient rendus inertes, c’est-à-dire que le danger d’inflammabilité représenté par le réservoir de carburant soit réduit. Des aspects de la présente description se rapportent à un système d’aéronef amélioré pour augmenter la sécurité du réservoir de carburant. Le système peut également inclure une ou plusieurs des caractéristiques suivantes individuellement ou dans des combinaisons non exclusives. Le système inclut un réservoir de carburant avec un mélange gazeux de creux dans une région de creux et une quantité de carburant dans une région de carburant et un compresseur qui a une admission de compresseur en communication fluidique avec le réservoir de carburant pour recevoir une partie du mélange gazeux de creux provenant du réservoir de carburant. Lors de la mise en fonctionnement le compresseur augmente la pression et la température du mélange gazeux de creux. Le système peut inclure un échangeur de chaleur positionné en aval du compresseur. Le compresseur inclut une sortie de compresseur en communication fluidique avec une admission d’échangeur de chaleur où la sortie de compresseur est opérationnelle lors de l’utilisation pour approvisionner l’échangeur de chaleur en mélange gazeux de creux comprimé. Le mélange gazeux de creux est passé à travers l’échangeur de chaleur qui est refroidi par l’air atmosphérique ou rejeté de la cabine. Le système peut inclure une turbine positionnée en aval de l’échangeur de chaleur. La turbine a une admission de turbine pour recevoir le mélange gazeux de creux où le mélange gazeux de creux se détend à travers la turbine et le mélange gazeux de creux a une température en dessous de la température du réservoir de telle sorte que la vapeur de carburant dans le mélange gazeux de creux se condense en carburant liquide. La turbine inclut une sortie de turbine pour faire passer le mélange gazeux de creux hors de la turbine dans un séparateur d’humidité. Le séparateur dʼhumidité a une admission de séparateur dʼhumidité en communication fluidique avec la sortie de turbine et des première et seconde sorties de séparateur dʼhumidité en communication fluidique avec le réservoir de carburant. Le séparateur d’humidité est opérationnel lors de l’utilisation pour séparer le carburant liquide du mélange gazeux de creux. Le carburant liquide s’écoule à travers le premier séparateur d’humidité de la sortie de séparateur d’humidité de retour dans le réservoir de carburant et le mélange gazeux de creux s’écoule du séparateur d’humidité à travers la seconde sortie de séparateur d’humidité de retour dans le réservoir de carburant. Le système inclut un agencement de transfert d’énergie qui permet que l’énergie soit récupérée de la turbine et transférée de retour au compresseur pour entraîner le compresseur. Le compresseur et la turbine peuvent être montés sur un arbre commun à travers lequel la puissance provenant de la turbine peut être transférée de retour vers le compresseur. Des aspects de la présente description se rapportent également à un procédé de réduction de la concentration de vapeur de carburant dans le creux d’un réservoir de carburant d’aéronef. Le procédé peut inclure la séquence suivante de mises en fonctionnement : la réception dʼune partie de mélange gazeux de creux du réservoir de carburant dʼaéronef par le biais d’un compresseur en communication fluidique avec le réservoir de carburant dʼaéronef ; la canalisation de la partie de mélange gazeux de creux vers un échangeur de chaleur en aval du compresseur où l’échangeur de chaleur est en communication fluidique avec le compresseur ; l’élimination de l’énergie thermique de la partie de mélange gazeux de creux au niveau de l’échangeur de chaleur ; la détente de la partie du mélange gazeux de creux à travers une turbine de telle sorte que le mélange gazeux de creux a une température en dessous de la température de réservoir et que la vapeur de carburant dans le mélange gazeux de creux se condense en carburant liquide ; le passage du mélange gazeux de creux hors de la turbine dans un séparateur d’humidité dans lequel le séparateur d’humidité a des première et seconde sorties de séparateur d’humidité en communication fluidique avec le réservoir de carburant d’aéronef ; la séparation du carburant liquide du mélange gazeux de creux où le carburant liquide s’écoule du séparateur d’humidité à travers la première sortie de séparateur d’humidité dans le réservoir de carburant d’aéronef et le mélange gazeux de creux s’écoule du séparateur d’humidité à travers la seconde sortie de séparateur d’humidité dans le réservoir de carburant d’aéronef ; et la récupération de l’énergie de la turbine par le biais d’un agencement de transfert d’énergie, dans lequel l’énergie est transférée de retour au compresseur pour entraîner le compresseur. Ces caractéristiques et avantages et d’autres apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et d’un examen des dessins associés. Il est entendu que la description générale qui précède et la description détaillée suivante sont fournies à titre d’exemple et d’explication uniquement et ne sont pas limitatives des grands concepts sur lesquels les modes de réalisation décrits ici sont basés. Les dessins annexés, qui sont incorporés dans la description et en sont partie intégrante, illustrent plusieurs aspects de la présente invention. Une brève description des dessins est la suivante : illustre une vue de dessus en coupe d’un exemple d’aéronef avec un système de carburant d’aéronef donné à titre d’exemple en conformité avec les principes de la présente description ; illustre une vue schématique d’un système utilisé pour réduire la concentration de vapeur de carburant dans le creux d’un réservoir de carburant en conformité avec les principes de la présente description ; et illustre une vue schématique d’un autre système qui inclut un train d’engrenages en conformité avec les principes de la présente invention. 1 Système pour réduire la concentration de vapeur de carburant dans un creux d’un réservoir de carburant d’aéronef comprenant : un réservoir de carburant incluant un mélange gazeux de creux dans une région de creux et une quantité de carburant dans une région de carburant ; un compresseur ayant une admission de compresseur en communication fluidique avec le réservoir de carburant pour recevoir une partie du mélange gazeux de creux du réservoir de carburant ; un échangeur de chaleur positionné en aval du compresseur, le compresseur incluant une sortie de compresseur en communication fluidique avec une admission dʼéchangeur de chaleur, dans lequel la sortie de compresseur est opérationnelle lors de l’utilisation pour approvisionner lʼéchangeur de chaleur en mélange gazeux de creux ; une turbine positionnée en aval de l’échangeur de chaleur, la turbine ayant une admission de turbine pour recevoir le mélange gazeux de creux, le mélange gazeux de creux s’étendant à travers la turbine, dans lequel le mélange gazeux de creux a une température en dessous de la température de réservoir de telle sorte que la vapeur de carburant dans le mélange gazeux de creux se condense en carburant liquide, la turbine incluant une sortie de turbine pour faire passer le mélange gazeux de creux hors de la turbine ; un séparateur dʼhumidité ayant une admission de séparateur dʼhumidité en communication fluidique avec la sortie de turbine et des première et seconde sorties de séparateur dʼhumidité en communication fluidique avec le réservoir de carburant, le séparateur dʼhumidité opérationnel lors de lʼutilisation pour séparer le carburant liquide du mélange gazeux de creux, dans lequel le carburant liquide sʼécoule du séparateur dʼhumidité à travers la première sortie de séparateur dʼhumidité dans le réservoir de carburant et le mélange gazeux de creux sʼécoule du séparateur dʼhumidité à travers la seconde sortie de séparateur dʼhumidité dans le réservoir de carburant ; et un agencement de transfert d’énergie qui permet que l’énergie soit récupérée de la turbine et transférée de retour au compresseur pour entraîner le compresseur. 2 Système selon la revendication 1, dans lequel le compresseur est adapté pour augmenter la pression et la température de mélange gazeux de creux. 3 Système selon la revendication 1, dans lequel lʼair atmosphérique ou rejeté de la cabine est canalisé à travers lʼéchangeur de chaleur pour refroidissement. 4 Système selon la revendication 1, dans lequel lʼagencement de transfert dʼénergie inclut un moteur couplé au système entre la turbine et le compresseur. 5 Système selon la revendication 4, dans lequel le moteur est un moteur électrique. 6 Système selon la revendication 4, dans lequel le moteur inclut un arbre de moteur qui traverse celui-ci, dans lequel une extrémité de lʼarbre de moteur est raccordée au compresseur. 7 Système selon la revendication 6, dans lequel une extrémité opposée de lʼarbre de moteur est raccordée à la turbine. 8 Système selon la revendication 6, dans lequel une extrémité opposée de lʼarbre de moteur est raccordée à un train dʼengrenages. 9 Système selon la revendication 8, dans lequel le train dʼengrenages est un train dʼengrenages planétaire. 10 Système selon la revendication 4, comprenant en outre une batterie, dans lequel le moteur est adapté pour charger la batterie avec une énergie excédentaire. 11 Procédé de réduction de la concentration de vapeur de carburant dans un creux dʼun réservoir de carburant dʼaéronef, le procédé comprenant : la réception d’une partie de mélange gazeux de creux du réservoir de carburant d’aéronef par le biais d’un compresseur en communication fluidique avec le réservoir de carburant d’aéronef ; la canalisation de la partie de mélange gazeux de creux vers un échangeur de chaleur en aval du compresseur, dans lequel l’échangeur de chaleur est en communication fluidique avec le compresseur ; l’élimination de l’énergie thermique de la partie de mélange gazeux de creux au niveau de l’échangeur de chaleur ; la détente de la partie de mélange gazeux de creux à travers une turbine de telle sorte que le mélange gazeux de creux a une température en dessous de la température de réservoir et que la vapeur de carburant dans le mélange gazeux de creux se condense en carburant liquide ; le passage du mélange gazeux de creux hors de la turbine dans un séparateur d’humidité, le séparateur d’humidité ayant des première et seconde sorties de séparateur d’humidité en communication fluidique avec le réservoir de carburant d’aéronef ; la séparation du carburant liquide du mélange gazeux de creux, dans lequel le carburant liquide s’écoule du séparateur d’humidité à travers la première sortie de séparateur d’humidité dans le réservoir de carburant d’aéronef et le mélange gazeux de creux s’écoule du séparateur d’humidité à travers la seconde sortie de séparateur d’humidité dans le réservoir de carburant d’aéronef ; et la récupération de l’énergie de la turbine par le biais d’un agencement de transfert d’énergie, dans lequel l’énergie est transférée de retour au compresseur pour entraîner le compresseur. 12 Procédé selon la revendication 11, dans lequel, dans l’étape de réception d’une partie de mélange gazeux de creux par le biais du compresseur, une température et une pression du mélange gazeux de creux augmentent. 13 Procédé selon la revendication 11, dans lequel, dans l’étape de canalisation de la partie de mélange gazeux de creux vers l’échangeur de chaleur, lʼéchangeur de chaleur est refroidi par lʼair atmosphérique ou rejeté de la cabine. 14 Procédé selon la revendication 11, dans lequel l’agencement de transfert d’énergie inclut un moteur entre la turbine et le compresseur. 15 Procédé selon la revendication 14, dans lequel le moteur inclut un arbre de moteur qui traverse celui-ci, dans lequel une extrémité de lʼarbre de moteur est raccordée au compresseur. 16 Procédé selon la revendication 15, dans lequel une extrémité opposée de lʼarbre de moteur est raccordée à la turbine. 17 Système pour éliminer le carburant dʼun mélange dʼair et de vapeur de carburant dans un espace creux dʼun réservoir de carburant dʼaéronef, le système comprenant : un compresseur pour aspirer le mélange dʼair et de vapeur de carburant de lʼespace creux et diriger le mélange dʼair et de vapeur de carburant à travers un échangeur de chaleur où le mélange dʼair et de vapeur de carburant est refroidi ; une turbine configurée pour être entraînée par le mélange dʼair et de carburant de lʼéchangeur de chaleur, dans lequel le mélange dʼair et de vapeur de carburant se détend et refroidit à une température en dessous dʼune température dans le réservoir de carburant dʼaéronef à mesure que le mélange dʼair et de carburant passe à travers la turbine, et dans lequel la puissance provenant de la turbine est transférée de retour vers le compresseur pour aider à entraîner la rotation du compresseur ; et un séparateur pour recevoir le mélange dʼair et de vapeur de carburant de la turbine et séparer au moins une partie du carburant liquide du mélange dʼair et de vapeur de carburant, dans lequel, à partir du séparateur, un carburant liquide séparé et un mélange dʼair et de vapeur de carburant ayant une concentration réduite de vapeur de carburant sont renvoyés au réservoir de carburant dʼaéronef. 18 Système selon la revendication 17, dans lequel le compresseur et la turbine sont montés sur un arbre commun à travers lequel la puissance provenant de la turbine peut être transférée de retour vers le compresseur. 19 Système selon la revendication 17, dans lequel le compresseur est entraîné par un moteur électrique, et dans lequel la puissance provenant de la turbine aide le moteur électrique à entraîner le compresseur. 20 Système selon la revendication 17, dans lequel le mélange dʼair et de vapeur de carburant est refroidi dans lʼéchangeur de chaleur par lʼair atmosphérique ou rejeté de la cabine.