Brevet FR3154146A1 — publié le 20250418

Turbomachine d’aéronef comprenant une pompe à chaleur (14) destinée à refroidir de l’huile, la pompe à chaleur (14) comprenant un circuit fermé (19) dans lequel circule un fluide caloporteur, le circuit (19) comprenant : - une partie commune (20) comprenant un premier détendeur (21), un évaporateur (22) qui échange de la chaleur avec l’huile et un premier compresseur (23) ; - des première et seconde branches (24, 25) montées en parallèle l’une de l’autre, la première branche (24) comprenant un premier condenseur (26) et la seconde branche (25) comprenant un second condenseur (28) ; le premier compresseur (23) étant configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du premier condenseur (26) selon une première consigne, la seconde branche (25) comprenant un second compresseur (30) disposé en amont du second condenseur (28), le second compresseur (30) étant configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du second condenseur (28) selon une seconde consigne. Figure pour l'abrégé : 2 TURBOMACHINE D’AERONEF COMPRENANT UNE POMPE A CHALEUR Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à une turbomachine d’aéronef comprenant une pompe à chaleur. Arrière-plan technique Une turbomachine à double flux comprend classiquement une soufflante entrainée par une turbine de puissance, et un générateur de gaz dont les gaz générés sont utilisés pour entrainer la turbine de puissance. Le générateur de gaz comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine. La soufflante génère un flux d’air qui est divisé en un flux primaire destiné à alimenter le générateur de gaz et en un flux secondaire qui participe de manière prépondérante à la poussée fournie par la turbomachine. La turbomachine comprend également différents circuits d’huile qui ont par exemple pour fonction de lubrifier des éléments mobiles (paliers, roues dentées, etc.) de la turbomachine. Pour que l’huile remplisse pleinement ses fonctions, il est primordial de maintenir sa température dans un intervalle donné, à l’aide notamment d’un système de refroidissement. Les motoristes font aujourd’hui face à un défi de taille. En effet, les nouvelles architectures de turbomachine intègrent davantage de circuits d’huile du fait notamment de l’implantation d’un réducteur (entre la turbine de puissance et la soufflante) et/ou d’une utilisation accrue des générateurs électriques dans le but de renforcer l’hybridation de la turbomachine. Ces circuits d’huile supplémentaires impliquent inévitablement une augmentation de la puissance thermique à dissiper, et par conséquent une obligation de revoir le système de refroidissement existant. Pour répondre à ce besoin, il est connu du document FR2993610A1 au nom de la demanderesse de refroidir l’huile avec une pompe à chaleur. Une telle pompe à chaleur comprend un circuit fermé dans lequel circule un fluide caloporteur, le circuit comprenant notamment un évaporateur, un condenseur, un compresseur et un détenteur. Plus précisément, l’évaporateur vaporise le fluide caloporteur en prélevant de la chaleur sur l’huile (source chaude). Le condenseur condense le fluide caloporteur en évacuant de la chaleur dans une source froide (par exemple un flux d’air). Le compresseur comprime le fluide caloporteur (état gazeux) pour augmenter sa pression (et par conséquent sa température) avant qu’il ne traverse le condenseur. Le détendeur détend le fluide caloporteur (état liquide) pour abaisser sa pression (et par conséquent sa température) avant qu’il ne traverse l’évaporateur. Pour accroitre ses performances, les motoristes notent qu’il pourrait être intéressant d’intégrer un second condenseur au circuit de la pompe à chaleur, ce second condenseur échangerait alors de la chaleur avec une seconde source froide (par exemple du carburant). Toutefois, les motoristes relèvent un obstacle à l’intégration d’un second condenseur. En effet, la température des deux sources froides est différente, ce qui implique que la température du fluide caloporteur doit être différente à l’entrée de chacun des condenseurs, pour avoir des échanges thermiques optimaux au niveau de chacun des condenseurs. Hors, un circuit avec un unique compresseur impose une température du fluide caloporteur à l’entrée des condenseurs qui est identique, ce qui signifie que les échanges thermiques ne peuvent être optimaux à la fois au niveau du premier condenseur (fluide caloporteur/première source froide) et au niveau du second condenseur (fluide caloporteur/seconde source froide). Il est bon de noter que la température du fluide caloporteur à l’entrée des condenseurs est directement liée à la pression à laquelle il est refoulé par le compresseur. Des échanges thermiques non optimaux au niveau des condenseurs impliquent inévitablement l’implantation de condenseurs surdimensionnés, ce qui n’est pas souhaitable du point de vue notamment de l’encombrement et de la masse de la pompe à chaleur. L’objectif de la présente invention est donc d’apporter une solution simple, efficace et économique permettant de répondre à la problématique précitée. L’invention propose ainsi une turbomachine d’aéronef comprenant une pompe à chaleur destinée à refroidir de l’huile qui est utilisée dans la turbomachine, la pompe à chaleur comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide caloporteur, le circuit comprenant : - une partie commune comprenant un premier détendeur, un évaporateur qui échange de la chaleur avec l’huile à refroidir et un premier compresseur ; - des première et seconde branches montées en parallèle l’une de l’autre, la première branche comprenant un premier condenseur qui échange de la chaleur avec une première source froide, la seconde branche comprenant un second condenseur qui échange de la chaleur avec une seconde source froide ; caractérisée en ce que le premier compresseur est configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du premier condenseur selon une première consigne, la seconde branche comprenant un second compresseur disposé en amont du second condenseur, le second compresseur étant configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du second condenseur selon une seconde consigne. Le premier compresseur est désormais propre ou dédié au premier condenseur afin de régler la pression du fluide caloporteur en entrée du premier condenseur (et par conséquent sa température), en fonction notamment de la température de la première source froide, pour avoir des échanges thermiques optimaux au niveau du premier condenseur (fluide caloporteur/première source froide). Le second compresseur est quant à lui propre ou dédié au second condenseur afin de régler la pression du fluide caloporteur en entrée du second condenseur (et par conséquent sa température), en fonction notamment de la température de la seconde source froide, pour avoir des échanges thermiques optimaux au niveau du second condenseur (fluide caloporteur/seconde source froide). Une telle optimisation des échanges thermiques permet de dimensionner finement les condenseurs aux réels besoins, de façon à minimiser l’encombrement et la masse des condenseurs, au bénéfice du rendement global de la turbomachine. Dans le cas où la source froide est un flux d’air, un condenseur dimensionné de façon optimisée permet de minimiser la trainée engendrée par sa présence dans le flux d’air, au bénéfice également du rendement global de la turbomachine. La turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la première source froide est un flux d’air, ou du carburant qui est destiné à alimenter la chambre de combustion d’un générateur de gaz de la turbomachine ; - la seconde source froide est un flux d’air, ou du carburant qui est destiné à alimenter la chambre de combustion d’un générateur de gaz de la turbomachine, et en ce que le fluide de la seconde source froide est différent de celui la première source froide ; - les entrées des branches sont connectées à la sortie de la partie commune via une vanne pilotée qui a trois voies ; - la vanne est configurée pour occuper au moins une première position dans laquelle la vanne autorise le passage du fluide caloporteur dans les première et seconde branches ; - la vanne est en outre configurée pour occuper au moins l’une des positions suivantes : -- une seconde position dans laquelle la vanne empêche le passage du fluide caloporteur ; -- une troisième position dans laquelle la vanne autorise le passage du fluide caloporteur uniquement dans la première branche ; -- une quatrième position dans laquelle la vanne autorise le passage du fluide caloporteur uniquement dans la seconde branche ; - la vanne est pilotée par un système de commande en fonction de la température de l’huile à refroidir ; - la seconde branche comprend un second détendeur disposé en aval du second condenseur ; - la première consigne est déterminée à partir de la température de la première source froide, la seconde consigne étant déterminée à partir de la température de la seconde source froide ; - l’huile à refroidir provient d’un système d’huile qui comprend un circuit de lubrification qui est destiné à lubrifier des éléments mobiles de la turbomachine et/ou un circuit de refroidissement qui est destiné à refroidir au moins un générateur électrique de la turbomachine. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique en demi-coupe axiale d’une turbomachine comprenant une pompe à chaleur selon l’invention ; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue de détail de la pompe à chaleur selon un premier mode de réalisation ; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue de détail de la pompe à chaleur selon un second mode de réalisation. Description détaillée de l'invention Sur la FIG. 1 est représentée partiellement une turbomachine 1 d’aéronef 2. L’aéronef 2 est par exemple un avion. Tel qu’illustré sur la FIG. 1 , la turbomachine 1 est ici un turboréacteur à double flux qui comprend classiquement une soufflante 3 carénée, un générateur de gaz 4 et une turbine de puissance 5. Plus précisément, la soufflante 3 est mobile en rotation autour d’un axe X par rapport à une structure fixe 6 de la turbomachine 1. La soufflante 3 est entrainée en rotation par la turbine de puissance 5 via un réducteur de vitesse 7. Le réducteur 7 est par exemple un réducteur à train épicycloïdal qui présente l’avantage d’avoir un rapport de réduction élevé tout en étant compact. Le réducteur 7 est logé et lubrifié avec de l’huile dans une enceinte qui est communément appelée « enceinte huile ». L’huile est plus particulièrement destinée à lubrifier les éléments mobiles du réducteur 7, et notamment les paliers et les roues dentées. Le générateur de gaz 4 comprend ici un compresseur basse pression 8, un compresseur haute pression 9, une chambre de combustion 10 et une turbine haute pression 11 (ou turbine de détente). Le compresseur haute pression 9 est entrainé en rotation par la turbine haute pression 11. Le compresseur basse pression 8 est quant à lui entrainé par la soufflante 3. Tel qu’illustré sur la FIG. 1 , le flux d’air F généré par la soufflante 3 est divisé, par la structure fixe 6 de la turbomachine 1, en un flux primaire f1 qui pénètre dans une veine primaire 12 pour alimenter le générateur de gaz 4, et en un flux secondaire f2 qui s’écoule dans une veine secondaire 13 autour du générateur de gaz 4, pour fournir la majeure partie de la poussée. L’exemple illustré sur la FIG. 1 n’est en rien limitatif, la turbomachine 1 pourrait par exemple être un turboréacteur configuré différemment, un turbopropulseur, un turbomoteur ou bien encore une turbomachine comprenant une ou plusieurs soufflantes non carénées (par exemple de type UDF pour « Unducted Fan » en anglais ou bien encore de type USF pour « Unducted Single Fan » en anglais). Tel qu’illustré sur la FIG. 1 , la turbomachine 1 comprend en outre une pompe à chaleur 14 destinée à refroidir l’huile d’un système d’huile 15 de la turbomachine 1. La pompe à chaleur 14 est ici disposée dans un compartiment 16 défini entre un carter 17 entourant la soufflante 3 (communément appelé « carter de soufflante ») et des carénages d’une nacelle 18 de la turbomachine 1. En variante, la pompe à chaleur 14 pourrait par exemple être disposée dans un compartiment interveine, par exemple sur la turbomachine 1 dans le compartiment situé entre la veine 12 du flux primaire f1 et la veine 13 du flux secondaire f2. Tel qu’illustré sur les figures 2 et 3, la pompe à chaleur 14 comprend un circuit fermé 19 dans lequel circule un fluide caloporteur. Le circuit 19 comprend : - une partie commune 20 comprenant un premier détendeur 21, un évaporateur 22 qui échange de la chaleur avec l’huile à refroidir et un premier compresseur 23 ; - des première et seconde branches 24, 25 montées en parallèle l’une de l’autre, la première branche 24 comprenant un premier condenseur 26 qui échange de la chaleur avec une première source froide 27, la seconde branche 25 comprenant un second condenseur 28 qui échange de la chaleur avec une seconde source froide 29. Selon l’invention, le premier compresseur 23 est configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du premier condenseur 26 selon une première consigne. La seconde branche 25 comprend un second compresseur 30 disposé en amont du second condenseur 28. Le second compresseur 30 est configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du second condenseur 28 selon une seconde consigne. Le premier compresseur 23 est désormais propre ou dédié au premier condenseur 26 afin de régler la pression du fluide caloporteur en entrée du premier condenseur 26 (et par conséquent sa température), en fonction notamment de la température de la première source froide 27, pour avoir des échanges thermiques optimaux au niveau du premier condenseur 26 (fluide caloporteur/première source froide). Le second compresseur 30 est quant à lui propre ou dédié au second condenseur 28 afin de régler la pression du fluide caloporteur en entrée du second condenseur 28 (et par conséquent sa température), en fonction notamment de la température de la seconde source froide 29, pour avoir des échanges thermiques optimaux au niveau du second condenseur 28 (fluide caloporteur/seconde source froide). Une telle optimisation des échanges thermiques permet de dimensionner finement les condenseurs 26, 28 aux réels besoins, de façon à minimiser l’encombrement et la masse des condenseurs 26, 28, au bénéfice du rendement global de la turbomachine. Dans le cas où la source froide 27, 29 est un flux d’air, un condenseur 26, 28 dimensionné de façon optimisée permet de minimiser la trainée engendrée par sa présence dans le flux d’air, au bénéfice également du rendement global de la turbomachine. Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » ou bien encore « entrée » et « sortie » sont définis par rapport au sens de circulation du fluide caloporteur dans le circuit fermé 19 de la pompe à chaleur 14. Tel qu’indiqué ci-dessus, l’huile refroidie par la pompe à chaleur 14 provient d’un système d’huile 15. Le système d’huile 15 peut comprendre un ou plusieurs circuits de lubrification dans lesquels circule de l’huile et qui sont destinés à lubrifier des éléments mobiles de la turbomachine 1. Selon l’exemple illustré sur la FIG. 1 , le système d’huile 15 comprend au moins un circuit de lubrification destiné à lubrifier le réducteur 7, et plus précisément les paliers et les roues dentées du réducteur 7. Le système d’huile 15 peut comprendre un ou plusieurs circuits de refroidissement dans lesquels circule de l’huile et qui sont destinés à refroidir des machines électriques de la turbomachine 1. Tel qu’illustré sur les figures 1 à 3, le système d’huile 15 comprend au moins un circuit de refroidissement destiné à refroidir un générateur électrique 31 de la turbomachine 1. Le générateur électrique 31 peut participer notamment à l’hybridation de la turbomachine 1. Avantageusement, la première source froide 27 est distincte de la seconde source froide 29. La première source froide 27 peut être un flux d’air ou du carburant qui est destiné à alimenter la chambre de combustion 10 du générateur de gaz 4 de la turbomachine 1. De la même manière, la seconde source froide 29 peut être un flux d’air ou du carburant qui est destiné à alimenter la chambre de combustion 10 du générateur de gaz 4 de la turbomachine 1. Le flux d’air formant la source froide 27, 29 peut être prélevé dans l’une des veines 12, 13 de la turbomachine 1, ou bien alors à l’extérieur de la turbomachine 1. Avantageusement, l’une des sources froides 27, 29 est un flux d’air, et l’autre source froide 27, 29 est du carburant. La pompe à chaleur 14 peut être configurée pour fonctionner selon l’un ou plusieurs des cycles suivants : - un premier cycle dans lequel le fluide caloporteur circule dans les première et seconde branches 24, 25 ; (chaleur évacuée dans les première et seconde sources froides 27, 29) - un second cycle dans lequel le fluide caloporteur circule uniquement dans la première branche 24 ; (chaleur évacuée uniquement dans la première source froide 27) - un troisième cycle dans lequel le fluide caloporteur circule uniquement dans la seconde branche 25 (chaleur évacuée uniquement dans la seconde source froide 29). Les entrées des branches 24, 25 peuvent être connectées à la sortie de la partie commune 20 via une vanne 32 pilotée qui a trois voies. Si tel est le cas, plus précisément, la vanne 32 comprend une voie d’entrée et deux voies de sortie. La voie d’entrée est connectée à la sortie de la partie commune 20, et chacune des voies de sortie est connectée à une entrée de l’une des branches 24, 25. Avantageusement, la vanne 32 à trois voies est configurée pour occuper au moins une première position dans laquelle la vanne 32 autorise le passage du fluide caloporteur dans les première et seconde branches 24, 25. La vanne 32 à trois voies peut en outre être configurée pour occuper l’une ou plusieurs des positions suivantes : - une seconde position dans laquelle la vanne 32 empêche le passage du fluide caloporteur ; - une troisième position dans laquelle la vanne 32 autorise le passage du fluide caloporteur uniquement dans la première branche 24 ; - une quatrième position dans laquelle la vanne 32 autorise le passage du fluide caloporteur uniquement dans la seconde branche 25. Ainsi, en fonction des besoins, la vanne 32 à trois voies peut être configurée par exemple pour occuper seulement deux positions (première et seconde positions) ou bien l’ensemble des positions décrites ci-dessus. Avantageusement, la vanne 32 à trois voies est pilotée par un système de commande 33 en fonction de la température de l’huile à refroidir. D’autres paramètres peuvent bien évidemment être pris en compte par le système de commande 33 pour piloter la vanne 32 à trois voies. En variante, les entrées des branches 24, 25 peuvent être connectées à la sortie de la partie commune 20 via un embranchement ou un raccord. Si tel est le cas, la première branche 24 et/ou la seconde branche 25 peuvent comprendre une vanne qui a deux voies et qui est configurée pour occuper deux positions, à savoir une première position dans laquelle la vanne autorise le passage du fluide caloporteur dans la branche 24, 25 correspondante et une seconde position dans laquelle le vanne empêche le passage du fluide caloporteur dans la branche 24, 25 correspondante. De la même manière que la vanne à trois voies, la ou les vannes à deux voies peuvent être pilotées par un système de commande en fonction de la température de l’huile à refroidir. D’autres paramètres peuvent bien évidemment être pris en compte par le système de commande pour piloter la ou les vannes à deux voies. Avantageusement, les compresseurs 23, 30 sont entrainés par des moteurs électriques qui sont pilotés par un dispositif de commande. Avantageusement, la première consigne est déterminée à partir de la température de la première source froide 27. D’autres paramètres peuvent bien évidemment être pris en compte pour déterminer la première consigne. Avantageusement, et de la même manière que la première consigne, la seconde consigne est déterminée à partir de la température de la seconde source froide 29. D’autres paramètres peuvent bien évidemment être pris en compte pour déterminer la seconde consigne. Avantageusement, les consignes sont déterminées en temps réel par un dispositif de commande à partir notamment des paramètres d’entrée (et notamment les températures des sources froides 27, 29). Avantageusement, la seconde branche 25 comprend un second détendeur 34 disposé en aval du second condenseur 28. Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures 2 et 3, les entrées des branches 24, 25 sont connectées à la sortie de la partie commune 20 via une vanne 32 pilotée à trois voies. La vanne 32 à trois voies est pilotée par un système de commande 33. Le système de commande 33 est un calculateur qui peut être un calculateur de type FADEC pour « Full Authority Digital Engine Control » en anglais, ou bien alors un calculateur distinct. Selon le premier mode de réalisation illustré sur la FIG. 2 , la première source froide 27 est du carburant qui est destiné à alimenter la chambre de combustion 10 du générateur de gaz 4 et la seconde source froide 29 est un flux d’air provenant de la veine secondaire 13. Selon le second mode de réalisation illustré sur la FIG. 3 , la première source froide 27 est un flux d’air provenant de la veine secondaire 13 et la seconde source froide 29 est du carburant qui est destiné à alimenter la chambre de combustion 10 du générateur de gaz 4. Turbomachine (1) d’aéronef (2) comprenant une pompe à chaleur (14) destinée à refroidir de l’huile qui est utilisée dans la turbomachine (1), la pompe à chaleur (14) comprenant un circuit fermé (19) dans lequel circule un fluide caloporteur, le circuit (19) comprenant : - une partie commune (20) comprenant un premier détendeur (21), un évaporateur (22) qui échange de la chaleur avec l’huile à refroidir et un premier compresseur (23) ; - des première et seconde branches (24, 25) montées en parallèle l’une de l’autre, la première branche (24) comprenant un premier condenseur (26) qui échange de la chaleur avec une première source froide (27), la seconde branche (25) comprenant un second condenseur (28) qui échange de la chaleur avec une seconde source froide (29) ; caractérisée en ce que le premier compresseur (23) est configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du premier condenseur (26) selon une première consigne, la seconde branche (25) comprenant un second compresseur (30) disposé en amont du second condenseur (28), le second compresseur (30) étant configuré pour régler la pression du fluide caloporteur en entrée du second condenseur (28) selon une seconde consigne. Turbomachine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première source froide (27) est un flux d’air, ou du carburant destiné à alimenter la chambre de combustion (10) d’un générateur de gaz (4) de la turbomachine (1). Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde source froide (29) est un flux d’air, ou du carburant destiné à alimenter la chambre de combustion (10) d’un générateur de gaz (4) de la turbomachine (1), et en ce que le fluide de la seconde source froide (29) est différent de celui la première source froide (27). Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les entrées des branches (24, 25) sont connectées à la sortie de la partie commune (20) via une vanne (32) pilotée qui a trois voies. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la vanne (32) est configurée pour occuper au moins une première position dans laquelle la vanne (32) autorise le passage du fluide caloporteur dans les première et seconde branches (24, 25). Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la vanne (32) est en outre configurée pour occuper au moins l’une des positions suivantes : - une seconde position dans laquelle la vanne (32) empêche le passage du fluide caloporteur ; - une troisième position dans laquelle la vanne (32) autorise le passage du fluide caloporteur uniquement dans la première branche (24) ; - une quatrième position dans laquelle la vanne (32) autorise le passage du fluide caloporteur uniquement dans la seconde branche (25). Turbomachine (1) selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la vanne (32) est pilotée par un système de commande (33) en fonction de la température de l’huile à refroidir. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde branche (25) comprend un second détendeur (34) disposé en aval du second condenseur (28). Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première consigne est déterminée à partir de la température de la première source froide (27), la seconde consigne étant déterminée à partir de la température de la seconde source froide (29). Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’huile à refroidir provient d’un système d’huile (15) qui comprend un circuit de lubrification qui est destiné à lubrifier des éléments mobiles de la turbomachine (1) et/ou un circuit de refroidissement qui est destiné à refroidir au moins un générateur électrique (31) de la turbomachine (1).