Brevet FR3162207A1 — publié le 20251121

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 circuit de purge (CP) comprenant une entrée reliée à un 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 réservoir de purge (RP) configuré pour stocker le flux de carburant présent dans la portion à purger (PAP) lors d’une purge et au moins une branche d’alimentation (B1), reliant le réservoir de purge (RP) au circuit de carburant (CQ) ou à un équipement de consommation de carburant. Figure de l’abrégé : Figure 2 Système de conditionnement de carburant pour aéronef comprenant un circuit de purge, procédé de purge associé La présente invention concerne le domaine des aéronefs comportant 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 comporte 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. Un tel circuit de purge CP présente l’inconvénient de gaspiller une quantité importante de carburant Q, ce qui affecte la rentabilité et surtout n’est pas respectueux de l’environnement. 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 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, un 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 réservoir de purge configuré pour stocker le flux de carburant présent dans la portion à purger lors d’une purge et au moins une branche d’alimentation, reliant le réservoir de purge au circuit de carburant et/ou à un équipement de consommation de carburant. De manière avantageuse, le circuit de purge permet de stocker le volume de purge de manière temporaire afin de réutiliser le carburant et éviter un gaspillage. De manière avantageuse, le circuit de purge comporte toujours une sortie vers l’environnement extérieur de manière à permettre une évacuation rapide pour des raisons de sécurité. Selon un aspect, le circuit de purge comprend un dispositif de filtration configuré pour retirer au moins un fluide de purge mélangé avec le flux de carburant. Cela permet de purifier le carburant qui peut être mélangé avec un fluide de purge au cours d’une purge. Selon un aspect, le dispositif de filtration est configuré pour retirer au moins un fluide de purge choisi parmi l’argon (Ar), l’hélium (He), le dioxyde de carbone (CO2) ou de manière préférentielle du diazote (N2). Selon un aspect, le circuit de carburant comprend une vanne de fermeture délimitant en aval la portion à purger. La branche d’alimentation est reliée en aval de la vanne de fermeture au circuit de carburant. Cela permet de réintroduire directement le volume de purge dans le circuit de carburant, ce qui est avantageux. Tout gaspillage est évité. Selon un aspect, le circuit de carburant est relié en sortie à un équipement de consommation de carburant alimenté de manière nominale à partir du circuit de carburant. La branche d’alimentation du circuit de purge est reliée à l’équipement de consommation de carburant. Cela permet de générer de l’électricité avec le volume de purge. Le rendement énergétique de l’aéronef est ainsi optimisé. Selon un aspect, la branche d’alimentation est configurée pour alimenter l’équipement de consommation de carburant de manière indépendante du circuit de carburant. Cela permet d’offrir une alimentation parallèle permettant de générer de l’électricité en cas de dysfonctionnement. Selon un aspect, l’équipement de consommation de carburant est une pile à combustible ou une turbomachine auxiliaire. Selon un aspect, le carburant est de l’hydrogène liquide, ce qui est particulièrement avantageux pour alimenter une pile à combustible. Selon un aspect, le carburant est du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié en particulier pour alimenter une turbomachine auxiliaire, par exemple, du type APU pour « Auxiliary Power Unit ». Selon un aspect, le circuit de carburant comprend une portion à purger apte à être purgée de manière indépendante. De préférence, le circuit de carburant comporte une vanne de fermeture de manière à fermer la communication de carburant vers l’aval. Il est également représenté 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. L’invention concerne un procédé de purge d’une portion à purger d’un circuit de carburant d’un système de conditionnement de carburant tel que présenté, la portion à purger étant isolée du circuit de carburant, 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 Stocker le flux de carburant de la portion à purger dans le réservoir de purge. De préférence, le procédé comprend une étape consistant à alimenter le circuit de carburant ou un équipement de consommation de carburant avec le flux de carburant stocké dans le réservoir de purge. 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 pour alimenter le circuit de carburant à partir du réservoir de purge. La FIG. 3 est une représentation schématique d’un système de conditionnement de carburant selon une forme de réalisation de l’invention pour alimenter une pile à combustible à partir du réservoir de purge. La FIG. 4 est une représentation schématique d’une variante du système de conditionnement de la FIG. 3 . La FIG. 5 est une représentation schématique d’un système de conditionnement de carburant selon une forme de réalisation de l’invention pour alimenter le circuit de carburant et une pile à combustible à partir du réservoir de purge. 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 liquide mais l’invention s’applique à d’autres types de carburant, par exemple, du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié. L’invention est particulièrement avantageuse avec de l’hydrogène liquide. 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 comporte 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 comporte une portion à purger PAP qui est configurée pour être purgée de manière indépendante. Dans cet exemple, le circuit de carburant CQ comprend une vanne de fermeture VF délimitant en aval la portion à purger PAP. La portion à purger PAP est délimitée en amont par la pompe 1 comme illustré à la FIG. 2 . Il va néanmoins de soi que la portion à purger PAP pourrait être positionnée de manière différente. Dans cet exemple, la portion à purger PAP comprend du carburant Q à l’état liquide et est isolée thermiquement. La portion à purger PAP doit être purgée dans différentes conditions, par exemple, en cas de maintenance ou de dysfonctionnement. A titre d’exemple, en cas de dysfonctionnement en aval de la vanne de fermeture VF, le débit de carburant est purgé de manière à laisser le temps à la pompe 1 de s’arrêter. Selon un autre exemple, si le carburant est considéré comme impropre, le carburant peut également être purgé. 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. 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 VP évoluant au moins entre une position ouverte permettant la purge et une position fermée interdisant la purge. En référence à la FIG. 2 , le circuit de purge CP comprend un réservoir de purge RP configuré pour stocker le flux de carburant Q issu de la portion à purger PAP lors d’une purge. A titre d’exemple, le réservoir de purge RP possède un volume compris entre 100L et 200L. Ainsi, le réservoir de purge RP peut stocker plusieurs purges successives, ce qui permet de valoriser les volumes de purge. Le carburant peut être gazeux ou liquide dans le réservoir de purge RP. Le réservoir de purge RP est distinct du réservoir de carburant RC. Dans cet exemple, en référence à la FIG. 2 , le circuit de purge CP comprend une branche d’alimentation B1, B2, reliant le réservoir de purge RP au circuit de carburant CQ ( FIG. 2 ) ou à un équipement de consommation de carburant 3 (Figures 3 et 4). Il va de soi que le circuit de carburant pourrait comprendre plusieurs branches d’alimentation ( FIG. 5 ). En référence à la figue 2, le circuit de purge CP comprend une branche d’alimentation B1, reliant le réservoir de purge RP au circuit de carburant CQ de manière à réintroduire le volume de purge ultérieurement dans le circuit de carburant CQ. Dans cet exemple, la branche d’alimentation B1 est reliée au circuit de carburant CQ en aval de la vanne de fermeture VF de manière à permettre une réintroduction lorsque la vanne de fermeture VF est en position fermée suite à une purge. De manière préférée, la branche d’alimentation B1 comprend une vanne d’alimentation 51 permettant de commander la circulation du carburant dans la branche d’alimentation B1. La branche d’alimentation B1 comprend en outre une pompe d’alimentation 52 pour mettre sous pression le flux de carburant Q issu du réservoir de purge RP de manière à l’injecter avec la pression optimale dans le circuit de carburant CQ. Comme illustré à la FIG. 2 , la sortie du réservoir de purge RP est reliée à l’environnement extérieur EXT. De manière préférée, une vanne VE est prévue pour piloter la purge vers l’environnement extérieur EXT. Selon un aspect, comme illustré à la FIG. 2 , le circuit de purge CP comprend un dispositif de filtration 6 configuré pour retirer du flux de carburant Q au moins un fluide de purge mélangé avec le flux de carburant Q. En effet, un dispositif de purge 7 peut être relié à la portion à purger PAP afin d’injecter un fluide de purge pour faciliter le retrait complet et sécurisé du flux de carburant Q. Le fluide de purge est de préférence un gaz neutre. De manière préférée, le dispositif de filtration 6 est configuré pour retirer un fluide de purge choisi parmi l’argon (Ar), l’hélium (He), le dioxyde de carbone (CO2) ou de manière préférentielle du diazote (N2). Le dispositif de filtration 6 se présente de manière préférée sous la forme d’un dispositif catalytique, en particulier, connu sous sa désignation anglaise CFS pour « catalytic filtration system ». Comme représenté à la FIG. 2 , le dispositif de filtration 6 est de préférence positionné en amont du réservoir de purge RP de manière à stocker un flux de carburant Q filtré apte à être utilisé directement. Ainsi, le flux de carburant Q dans le réservoir de purge RP est purifié. En référence à la FIG. 3 , le circuit de purge CP comprend une branche d’alimentation B2, reliant le réservoir de purge RP à un équipement de consommation de carburant 3, en particulier, à une pile à combustible. Il va de soi que l’invention s’applique à d’autres équipements de consommation de carburant, par exemple, une turbomachine auxiliaire. Dans cet exemple, le circuit de carburant CQ est relié en sortie à la turbomachine T mais également à une pile à combustible. La pile à combustible est alimentée de manière nominale à partir de carburant Q issu du réservoir cryogénique RC via le circuit de carburant CQ. La pile à combustible permet de générer de l’énergie électrique pour alimenter des charges L, par exemple, des moteurs électriques de propulsion, des équipements de la turbomachine, un réseau électrique d’alimentation de l’aéronef, etc. Comme illustré à la FIG. 3 , la branche d’alimentation B2 du circuit de purge CP est reliée à la pile à combustible afin de l’alimenter. De manière préférée, la branche d’alimentation B2 est configurée pour alimenter la pile à combustible de manière indépendante du circuit de carburant CQ. Cela permet d’augmenter la redondance en permettant une alimentation de secours. En référence à la FIG. 3 , la branche d’alimentation B2 est reliée à la sortie du réservoir de purge RP, en particulier, par une vanne multivoies 8 afin de conduire le flux de carburant Q vers l’environnement extérieur EXT ou vers la pile à combustible. De manière analogue à précédemment, le circuit de purge CP peut comprendre un dispositif de filtration 6 comme illustré à la FIG. 4 . En référence à la FIG. 5 , il est représenté un cas mixte avec une première branche d’alimentation B1 vers le circuit de carburant CQ et une deuxième branche d’alimentation B2 vers la pile à combustible. Il va de soi que le nombre de branches d’alimentation pourrait être plus important. Cela permet d’offrir plusieurs solutions différentes pour valoriser les volumes de purge. 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. 5 . La portion à purger PAP est tout d’abord isolée du reste du circuit de carburant CQ en commandant la vanne de fermeture VF en position fermée. Le volume de purge, c’est-à-dire le volume de carburant entre la pompe 1 et la vanne de fermeture VF, peut être avantageusement purgé. Le volume de purge peut aussi être en amont des pompes s’il existe des pompes basses pressions dans le réservoir cryogénique RC. Le procédé de purge comprend ensuite une étape consistant à ouvrir la vanne de purge VP de manière à faire circuler le volume de purge de la portion à purger PAP dans le circuit de purge CP afin de remplir le réservoir de purge RP. De manière préférée, lorsque la vanne de purge VP est ouverte, le procédé de purge comporte une étape d’admission d’un fluide de purge dans la portion à purger PAP par le dispositif de purge 7 de manière à assurer un nettoyage optimal tout en évitant tout risque d’explosion. Le procédé de purge comprend une étape consistant à retirer le fluide de purge mélangé avec le flux de carburant Q par le dispositif de filtration 6. Cela permet avantageusement de stocker dans le réservoir de purge RP un flux de carburant Q purifié apte à être utilisé de manière rapide. Le procédé comprend une étape consistant à déterminer l’ouverture des vannes de manière à conduire le flux de carburant Q issu du réservoir de purge RP soit : Vers l’environnement extérieur EXT en cas de maintenance, de dysfonctionnement ou d’évènement critique, Vers le circuit de carburant CQ, le flux de carburant Q du réservoir de purge RP étant alors comprimé pour être réintroduit dans le circuit de carburant CQ pour alimenter la turbomachine T, Vers la pile à combustible qui peut ainsi être alimentée de manière indépendante, ce qui améliore la redondance et donc la sécurité de fonctionnement. Grâce à l’invention, le flux de carburant Q purgé peut avantageusement être valorisé pour être consommé dans une turbomachine T ou dans un équipement de consommation de carburant, tel qu’une pile à combustible, ce qui permet de réduire le gaspillage et de réduire l’impact sur l’environnement lors d’une purge. 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), un 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 réservoir de purge (RP) configuré pour stocker le flux de carburant (Q) présent dans la portion à purger (PAP) lors d’une purge et au moins une branche d’alimentation (B1, B2), reliant le réservoir de purge (RP) au circuit de carburant (CQ) et/ou à un équipement de consommation de carburant (3). Système de conditionnement de carburant (SC) selon la revendication 1, dans lequel le circuit de purge (CP) comprend un dispositif de filtration (6) configuré pour retirer au moins un fluide de purge mélangé avec le flux de carburant (Q). Système de conditionnement de carburant (SC) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de filtration (6) est configuré pour retirer au moins un fluide de purge choisi parmi l’argon (Ar), l’hélium (He), le dioxyde de carbone (CO2) ou, de manière préférentielle, du diazote (N2). Système de conditionnement de carburant (SC) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, le circuit de carburant (CQ) comprenant une vanne de fermeture (VF) délimitant en aval la portion à purger (PAP), la branche d’alimentation (B1) est reliée en aval de la vanne de fermeture (VF) au circuit de carburant (CQ). Système de conditionnement de carburant (SC) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel, le circuit de carburant (CQ) étant relié en sortie à un équipement de consommation de carburant (3) alimenté de manière nominale à partir du circuit de carburant (CQ), la branche d’alimentation (B2) du circuit de purge (CP) est reliée à l’équipement de consommation de carburant (3). Système de conditionnement de carburant (SC) selon la revendication 5, dans lequel, la branche d’alimentation (B2) est configurée pour alimenter l’équipement de consommation de carburant (3) de manière indépendante du circuit de carburant (CQ). Système de conditionnement de carburant (SC) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel, l’équipement de consommation de carburant (3) est une pile à combustible ou une turbomachine auxiliaire. Aéronef comprenant une turbomachine (T) et un système de conditionnement de carburant (SC) selon l’une des revendications 1 à 6 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 l’une des revendications 1 à 7, la portion à purger (PAP) étant isolée du circuit de carburant (CQ), 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 Stocker le flux de carburant (Q) de la portion à purger (PAP) dans le réservoir de purge (RP). Procédé de purge selon la revendication 9, comprenant une étape consistant à alimenter le circuit de carburant (CQ) ou un équipement de consommation de carburant (3) avec le flux de carburant (Q) stocké dans le réservoir de purge (RP).