Brevet FR3160958A1 — publié le 20251010

Un circuit de purge (CP) pour un système de conditionnement de carburant alimentant au moins une turbomachine d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique, le circuit de purge (CP) comprenant une entrée reliée à un point de purge et une sortie reliée à un environnement extérieur (EXT) de l’aéronef, le circuit de purge (CP) comprenant au moins un dispositif de vaporisation (3) comprenant un réservoir d’expansion (30) ayant une ouverture d’alimentation (30A) reliée au point de purge par une conduite amont (31) et une ouverture d’évacuation (30B) reliée à l’environnement extérieur (EXT), le réservoir d’expansion (30) comprend un volume configuré pour permettre une expansion du flux de carburant (Q) à l’état liquide (QL) de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux (QG). Figure de l’abrégé : Figure 4 Circuit de purge pour un système de conditionnement de carburant pour aéronef, procédé de purge associé La présente invention concerne le domaine des aéronefs comprenant des turbomachines alimentées par du carburant stocké dans un réservoir cryogénique. Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique. Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions. Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire l'empreinte environnementale de son activité. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’aéronefs, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques. Il est connu de stocker du carburant, en particulier de l’hydrogène, sous forme liquide pour limiter l’encombrement et la masse des réservoirs de l’aéronef. A titre d’exemple, le carburant est stocké à une température de l’ordre de 20 à 22 Kelvins (- 253 à -251°C) dans un réservoir cryogénique de l’aéronef. Afin de pouvoir être injecté dans la chambre de combustion d’une turbomachine, le carburant doit être conditionné, c’est-à-dire pressurisé et chauffé, afin de permettre une combustion optimale. Un conditionnement est par exemple nécessaire pour réduire le risque de givrage/solidification de la vapeur d’eau contenue dans l’air qui circule dans la turbomachine, en particulier, au niveau des injecteurs de carburant de la turbomachine. En référence à la FIG. 1 , il est représenté un système de conditionnement SCAA selon l’art antérieur comprenant un circuit de carburant CQ relié en entrée à un réservoir cryogénique RC et en sortie à la chambre de combustion CC d’une turbomachine T. Un flux de carburant Q circulant d’amont en aval dans le circuit de carburant CQ traverse successivement une pompe mécanique 101 et un module de chauffage 102. Le module de chauffage 102 est configuré pour apporter des calories au flux de carburant Q afin de le réchauffer pour qu’il puisse être injecté dans la turbomachine T. De manière connue, afin de réaliser des opérations de maintenance ou de répondre à un dysfonctionnement, il est nécessaire de purger de manière rapide au moins une partie du circuit de carburant dit « portion à purger PAP ». La portion à purger PAP comprend un point de purge PP sur lequel est connecté un circuit de purge CP. De manière classique, le circuit de purge CP relie le point de purge PP à l’environnement extérieur EXT de manière à permettre d’expulser du carburant Q de la portion à purger PAP de manière rapide. La portion à purger PAP doit être purgée dans différentes conditions, par exemple, en cas de maintenance ou de dysfonctionnement. Il existe dans le circuit de carburant CQ des vannes de coupure qui permettent de créer des barrières de sécurité pour éviter des fuites. En pratique, en cas d’alarme, lors de la fermeture des vannes de coupure, du carburant continue à être pompé dans le réservoir cryogénique RC du fait de l’inertie et il est nécessaire de détourner le débit de carburant Q vers l’environnement extérieur EXT. Il est également nécessaire de détourner le débit de carburant Q vers l’environnement extérieur EXT lors du réglage de la pompe (mise au froid). Pour des raisons de sécurité, il est souhaité que le flux de carburant Q soit expulsé à l’état gazeux dans l’environnement extérieur EXT. Cela est problématique lorsque la portion à purger PAP du circuit de carburant CQ comprend un flux de carburant à l’état liquide. Une solution immédiate pour éliminer cet inconvénient consiste à prévoir un échangeur de chaleur dans le circuit de purge. Pour passer de l’état liquide à l’état gazeux, il est nécessaire d’apporter une grande énergie thermique ou électrique, ce qui est problématique. Par ailleurs, le circuit de purge est généralement éloigné des sources chaudes de l’aéronef, ce qui impose de prévoir des circuits de flux chaud complexes, ce qui augmente le coût et la masse. L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un nouveau circuit de purge pour un système de conditionnement de carburant cryogénique. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un circuit de purge pour un système de conditionnement de carburant alimentant au moins une turbomachine d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique, le système de conditionnement comprenant un circuit de carburant relié en entrée au réservoir cryogénique et en sortie à la turbomachine, un flux de carburant circulant d’amont en aval dans le circuit de carburant, le circuit de carburant comprenant au moins une portion à purger comprenant un point de purge, le circuit de purge comprenant : une entrée reliée au point de purge et une sortie reliée à un environnement extérieur de l’aéronef, le circuit de purge comprenant au moins un dispositif de vaporisation comprenant un réservoir d’expansion ayant une ouverture d’alimentation reliée au point de purge par une conduite amont et une ouverture d’évacuation reliée à l’environnement extérieur, le réservoir d’expansion comprend un volume configuré pour permettre une expansion du flux de carburant à l’état liquide de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux. De manière préférée, le flux de carburant se vaporise à l’état gazeux sans apport énergétique extérieur, ce qui est avantageux et permet de positionner le circuit de purge avec peu de contraintes sans augmenter son coût. Un réservoir d’expansion permet de contrôler la décompression exothermique du carburant. Selon un aspect, le carburant est à décompression exothermique, de préférence, de l’hydrogène. Selon un aspect, la conduite amont du dispositif de vaporisation comprend une partie de chauffage en contact avec le réservoir d’expansion de manière à permettre un chauffage du flux de carburant à l’état liquide par conduction thermique. Un chauffage préliminaire permet d’apporter de l’énergie au flux de carburant issue directement de la décompression exothermique. Cela permet de réduire le volume du réservoir d’expansion tout en s’assurant du changement d’état du flux de carburant. Selon un aspect, le réservoir d’expansion comprenant une partie aval configurée pour recevoir le flux de carburant à l’état gazeux, la partie de chauffage du dispositif de vaporisation est en contact au moins avec la partie aval du réservoir d’expansion. La partie aval du réservoir d’expansion est la plus chaude et apporte plus de calories à la partie de chauffage. Selon un aspect, le réservoir d’expansion comprenant une partie amont configurée pour recevoir le flux de carburant à l’état liquide, la partie de chauffage du dispositif de vaporisation est en contact au moins avec la partie amont du réservoir d’expansion. Selon un aspect, la partie de chauffage est enroulée autour du réservoir d’expansion. Cela permet d’augmenter la conduction thermique tout en limitant l’encombrement. Selon un aspect, la partie de chauffage est enroulée autour du réservoir d’expansion de la partie aval vers la partie amont. Cela permet une circulation à contre-courant, ce qui améliore le transfert de calories. Selon un aspect, la partie de chauffage se présente sous la forme d’un serpentin. Il est également présenté un système de conditionnement de carburant alimentant au moins une turbomachine d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique, le système de conditionnement comprenant : un circuit de carburant relié en entrée au réservoir cryogénique et en sortie à la turbomachine, un flux de carburant circulant d’amont en aval dans le circuit de carburant et au moins un échangeur de chaleur, monté dans le circuit de carburant, configuré pour transmettre des calories au flux de carburant, le circuit de carburant comprenant au moins une portion à purger comprenant un point de purge, et un circuit de purge, tel que présenté précédemment, relié au point de purge. Il est également présenté un aéronef comprenant une turbomachine et un système de conditionnement de carburant tel que présenté précédemment pour alimenter la turbomachine à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique. Il est également présenté un procédé de purge d’une portion à purger d’un circuit de carburant d’un système de conditionnement de carburant tel que présenté précédemment, le procédé comprenant des étapes consistant à : Ouvrir le circuit de purge de manière à purger la portion à purger du circuit de carburant et Faire circuler un flux de carburant à l’état liquide dans le réservoir d’expansion du dispositif de vaporisation de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux. Le procédé comprend une étape consistant à faire circuler le flux de carburant à l’état liquide dans une partie de chauffage de la conduite amont afin de monter en température. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La FIG. 1 est une représentation schématique d’un système de conditionnement de carburant selon l’art antérieur. La FIG. 2 est une représentation schématique d’un système de conditionnement de carburant selon une forme de réalisation de l’invention avec un circuit de purge comprenant un dispositif de vaporisation. La FIG. 3 est une représentation schématique d’une première variante du dispositif de vaporisation avec un réservoir d’expansion. La FIG. 4 est une représentation schématique d’une deuxième variante du dispositif de vaporisation avec une enceinte d’expansion et une partie de chauffage enroulée autour du réservoir d’expansion. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence à la FIG. 2 , il est représenté un système de conditionnement de carburant SC configuré pour alimenter une turbomachine T d’aéronef à partir de carburant Q issu d’un réservoir cryogénique RC. La turbomachine T est configurée pour assurer la propulsion de l’aéronef, notamment, par entrainement d’au moins un organe propulsif (non représenté sur la FIG. 2 ). Dans cet exemple, le carburant est de l’hydrogène mais l’invention s’applique à d’autres types de carburant à décompression exothermique Q. L’invention est particulièrement avantageuse avec de l’hydrogène liquide. L’invention s’applique également à du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié. En référence à la FIG. 2 , le système de conditionnement SC comprend un circuit de carburant CQ relié en entrée au réservoir cryogénique RC et en sortie à la chambre de combustion CC de la turbomachine T. Le système de conditionnement SC comprend également une pompe 1, de préférence haute pression, configurée pour faire circuler un flux de carburant Q d’amont en aval dans le circuit de carburant CQ. En référence à la FIG. 2 , le système de conditionnement SC comprend un échangeur de chaleur 2 monté dans le circuit de carburant CQ pour transmettre des calories au flux de carburant Q afin de le réchauffer pour permettre son injection de manière optimale dans la turbomachine T. Il va de soi que le système de conditionnement SC pourrait comprendre une pluralité d’échangeurs de chaleur alimentés avec des sources chaudes de natures identiques ou différentes. Le circuit de carburant CQ comprend une portion à purger PAP qui est configurée pour être purgée de manière indépendante. Dans cet exemple, la portion à purger PAP comprend du carburant Q à l’état liquide QL et est isolée thermiquement. La portion à purger PAP comprend un volume de purge. La portion à purger PAP doit être purgée dans différentes conditions, par exemple, en cas de maintenance ou de dysfonctionnement. Il existe dans le circuit de carburant CQ des vannes de coupure qui permettent de créer des barrières de sécurité pour éviter des fuites. En pratique, en cas d’alarme, lors de la fermeture des vannes de coupure du carburant continue à être pompé dans le réservoir cryogénique RC du fait de l’inertie et il est nécessaire de détourner le débit de carburant Q vers l’environnement extérieur EXT. Il est également nécessaire de détourner le débit de carburant Q vers l’environnement extérieur EXT lors du réglage de la pompe (mise au froid). En référence à la FIG. 2 , le système de conditionnement SC comprend un circuit de purge CP comprenant une entrée reliée à un point de purge PP du circuit de carburant CQ. Le point de purge PP appartient à la portion à purger PAP comme illustré à la FIG. 2 . Le circuit de purge CP comprend une sortie extérieure reliée à un environnement extérieur EXT de l’aéronef. Le flux de carburant Q se déplace d’amont vers l’aval entre l’entrée et la sortie. Cela permet de décharger tout flux de carburant Q en cas de risque pour la sécurité de fonctionnement. A cet effet, le circuit de purge CP comprend une vanne de purge 4 évoluant au moins entre une position ouverte permettant la purge et une position fermée interdisant la purge. Dans cet exemple, le circuit de purge CP comporte une vanne d’évacuation 5 qui est de préférence pilotée pour contrôler l’évacuation vers l’environnement extérieur EXT. En référence à la FIG. 2 , le circuit de purge CP comprend un dispositif de vaporisation 3 pour permettre une expansion du flux de carburant Q à l’état liquide QL de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux QG. Dans cet exemple, il est présenté un unique dispositif de vaporisation 3 mais il va de soi que le circuit de purge CP pourrait en comprendre plusieurs. Selon une première forme de réalisation, en référence à la FIG. 3 , le dispositif de vaporisation 3 comprend un réservoir d’expansion 30 ayant une ouverture d’alimentation 30A reliée au point de purge PP par une conduite amont 31 et une ouverture d’évacuation 30B reliée à l’environnement extérieur EXT, en particulier, pour une conduite aval 32. De manière préférée, le réservoir d’expansion 30 comprend une unique ouverture d’alimentation 30A et une unique ouverture d’évacuation 30B mais il va de soi que cela pourrait être différent. De manière avantageuse, le réservoir d’expansion 30 n’est pas isolé thermiquement. Comme illustré à la FIG. 3 , le réservoir d’expansion 30 comprend une partie amont 30L configurée pour recevoir le flux de carburant Q à l’état liquide QL et une partie aval 30G configurée pour recevoir le flux de carburant Q à l’état gazeux QG. Dans cet exemple, le réservoir d’expansion 30 comprend un volume V30 configuré pour permettre une expansion du flux de carburant Q à l’état liquide QL de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux QG. A titre d’exemple, un volume V30 compris entre 100L et 250L est adapté. De manière avantageuse, le dispositif de vaporisation 3 permet de réaliser une décompression du flux de carburant Q qui passe de l’état liquide QL à l’état gazeux QG. Cette décompression contrôlée permet de détendre le flux de carburant qui se réchauffe. La présence d’une vanne d’évacuation 5 pilotable permet de réaliser une décompression contrôlée. De manière préférée, l’ouverture d’alimentation 30A et l’ouverture d’évacuation 30B sont respectivement positionnées à l’extrémité inférieure et à l’extrémité supérieure du réservoir d’expansion 30. Cela permet d’accéder aisément à la phase liquide et à la phase gazeuse. Selon une deuxième forme de réalisation, en référence à la FIG. 4 , la conduite amont 31 du dispositif de vaporisation 3 comprend une partie de chauffage 310 en contact avec le réservoir d’expansion 30 de manière à permettre un chauffage du flux de carburant Q à l’état liquide QL par conduction thermique. Une telle caractéristique permet avantageusement de réchauffer le carburant Q à l’état liquide QL de manière préliminaire à son réchauffage par expansion. Cela permet d’augmenter la compacité et de réduire le volume V30 du réservoir d’expansion 30. De manière préférée, la partie de chauffage 310 du dispositif de vaporisation 3 est en contact avec la partie aval 30G du réservoir d’expansion 30, cela permet de capter les calories du carburant Q à l’état gazeux QG. De manière préférée, la partie de chauffage 310 du dispositif de vaporisation 3 est en contact avec la partie amont 30L du réservoir d’expansion 30, cela permet de capter les calories du carburant Q à l’état liquide QL. Dans cette forme de réalisation, la partie de chauffage 310 est en contact avec la partie aval 30G et la partie amont 30L du réservoir d’expansion 30 afin de maximiser les échanges thermiques. De manière préférée, pour optimiser le réchauffage, le dispositif de vaporisation 3 permet un échange de calories à contre-courant, la partie de chauffage 310 s’étend sur le réservoir d’expansion 30 de la partie aval 30G vers la partie amont 30L. Dans cet exemple, en référence à la FIG. 4 , pour optimiser la compacité, la partie de chauffage 310 est enroulée autour du réservoir d’expansion 30, en particulier, de la partie aval 30G vers la partie amont 30L. La partie de chauffage 310 se présente de manière préférée sous la forme d’un serpentin. Un exemple de mise en œuvre d’un procédé de purge de la portion à purger PAP d’un circuit de carburant CQ va dorénavant être présenté en référence au système de conditionnement SC de la FIG. 2 avec un dispositif de vaporisation 3 selon la FIG. 4 . Le carburant Q dans la portion à purger PAP est à l’état liquide QL. Le procédé de purge comprend une étape consistant à ouvrir la vanne de purge 4 de manière à faire circuler le volume de purge de la portion à purger PAP dans le circuit de purge CP. Le flux de carburant à l’état liquide QL circule tout d’abord dans la partie de chauffage 310 afin de monter en température. De manière avantageuse, le risque de givrage est nul étant donné que les échanges de calories sont réalisés entre deux flux de carburant. Le flux de carburant Q circule avantageusement à contre-courant en étant en contact avec la partie aval 30G puis la partie amont 30L du réservoir d’expansion 3. Ce chauffage préliminaire permet d’assurer un passage optimal à l’état gazeux. Ensuite, le flux de carburant à l’état liquide QL circule dans le réservoir d’expansion 30 du dispositif de vaporisation 3 de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux QG. Le flux de carburant Q se détend à une pression intermédiaire et est évacué de manière contrôlée vers l’environnement extérieur EXT par la vanne d’évacuation 5 ou de manière passive. La pression intermédiaire est de préférence supérieure à la pression de vapeur saturante du dihydrogène et inférieure à la pression extérieure. La décompression du flux de carburant Q est exothermique, ce qui permet de chauffer le réservoir d’expansion 30, ce qui participe au chauffage du flux de carburant Q dans la partie de chauffage 310. Ainsi, c’est la détente qui permet le changement d’état dans le réservoir d’expansion 30. De manière avantageuse, il n’est pas nécessaire d’apporter de l’énergie extérieure ou de faire appel à une source chaude pour permettre la vaporisation du flux de carburant Q dans le circuit de purge CP. Le circuit de purge CP peut ainsi conserver une structure simple. Circuit de purge (CP) pour un système de conditionnement de carburant (SC) alimentant au moins une turbomachine (T) d’aéronef à partir de carburant (Q) issu d’un réservoir cryogénique (RC), le système de conditionnement (SC) comprenant un circuit de carburant (CQ) relié en entrée au réservoir cryogénique (RC) et en sortie à la turbomachine (T), un flux de carburant (Q) circulant d’amont en aval dans le circuit de carburant (CQ), le circuit de carburant (CQ) comprenant au moins une portion à purger (PAP) comprenant un point de purge (PP), le circuit de purge (CP) comprenant : une entrée reliée au point de purge (PP) et une sortie reliée à un environnement extérieur (EXT) de l’aéronef, le circuit de purge (CP) comprenant au moins un dispositif de vaporisation (3) comprenant un réservoir d’expansion (30) ayant une ouverture d’alimentation (30A) reliée au point de purge (PP) par une conduite amont (31) et une ouverture d’évacuation (30B) reliée à l’environnement extérieur (EXT), le réservoir d’expansion (30) comprend un volume (V30) configuré pour permettre une expansion du flux de carburant (Q) à l’état liquide (QL) de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux (QG). Circuit de purge (CP) selon la revendication 1 dans lequel la conduite amont (31) du dispositif de vaporisation (3) comprend une partie de chauffage (310) en contact avec le réservoir d’expansion (30) de manière à permettre un chauffage du flux de carburant (Q) à l’état liquide (QL) par conduction thermique. Circuit de purge (CP) selon l’une des revendications 2 dans lequel, le réservoir d’expansion (30) comprenant une partie aval (30G) configurée pour recevoir le flux de carburant (Q) à l’état gazeux (QG), la partie de chauffage (310) du dispositif de vaporisation (3) est en contact au moins avec la partie aval (30G) du réservoir d’expansion (30). Circuit de purge (CP) selon l’une des revendications 2 à 3 dans lequel, le réservoir d’expansion (30) comprenant une partie amont (30L) configurée pour recevoir le flux de carburant (Q) à l’état liquide (QL), la partie de chauffage (310) du dispositif de vaporisation (3) est en contact au moins avec la partie amont (30L) du réservoir d’expansion (30). Circuit de purge (CP) selon les revendications 3 et 4 dans lequel, la partie de chauffage est enroulée autour du réservoir d’expansion (30) de la partie aval (30G) vers la partie amont (30L). Circuit de purge (CP) selon l’une des revendications 1 à 5 dans lequel, la partie de chauffage (310) est enroulée autour du réservoir d’expansion (30). Circuit de purge (CP) selon la revendication 6 dans lequel la partie de chauffage (310) se présente sous la forme d’un serpentin. Système de conditionnement de carburant (SC) alimentant au moins une turbomachine (T) d’aéronef à partir de carburant (Q) issu d’un réservoir cryogénique (RC), le système de conditionnement (SC) comprenant : un circuit de carburant (CQ) relié en entrée au réservoir cryogénique (RC) et en sortie à la turbomachine (T), un flux de carburant (Q) circulant d’amont en aval dans le circuit de carburant (CQ) et au moins un échangeur de chaleur (2), monté dans le circuit de carburant (CQ), configuré pour transmettre des calories au flux de carburant (Q), le circuit de carburant (CQ) comprenant au moins une portion à purger (PAP) comprenant un point de purge (PP), et un circuit de purge (CP) selon l’une des revendications 1 à 7 relié au point de purge (PP). Aéronef comprenant une turbomachine (T) et un système de conditionnement de carburant (SC) selon la revendication 8 pour alimenter la turbomachine (T) à partir de carburant (Q) issu d’un réservoir cryogénique (RC). Procédé de purge d’une portion à purger (PAP) d’un circuit de carburant (CQ) d’un système de conditionnement de carburant (SC) selon la revendication 8, le procédé comprenant des étapes consistant à : Ouvrir le circuit de purge (CP) de manière à purger la portion à purger (PAP) du circuit de carburant (CQ) et Faire circuler un flux de carburant à l’état liquide (QL) dans le réservoir d’expansion (30) du dispositif de vaporisation (3) de manière à ce qu’il se vaporise à l’état gazeux (QG).