FR2486210A1 - AIR CYCLE AIR CONDITIONING SYSTEM - Google Patents
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Abstract
SYSTEME DE CONDITIONNEMENT D'AIR, NOTAMMENT POUR CABINES D'AVION. DE L'AIR D'ALIMENTATION EST FOURNI PAR UN COMPRESSEUR 13 A UNE TURBINE DE DETENTE 12, OU IL EST REFROIDI, PUIS A UNE CABINE 19. L'EAU CONTENUE DANS L'AIR SOUS PRESSION EN AMONT DE LA TURBINE 12 EST EXTRAITE PAR UN EXTRACTEUR 16 ET PULVERISEE A L'ENTREE D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR 15 DANS L'AIR PROVENANT DE LA CABINE 19. CETTE DISPOSITION ACCROIT LA CAPACITE DE REFROIDISSEMENT DES SYSTEMES DE CONDITIONNEMENT D'AIR POUR AVIONS.AIR CONDITIONING SYSTEM, ESPECIALLY FOR AIRCRAFT CABINS. SUPPLY AIR IS PROVIDED BY A COMPRESSOR 13 TO A EXPANSION TURBINE 12, WHERE IT IS COOLED, THEN TO A CABIN 19. THE WATER CONTAINED IN THE PRESSURIZED AIR BEFORE THE TURBINE 12 IS EXTRACTED BY AN EXTRACTOR 16 AND SPRAYED AT THE INLET OF A HEAT EXCHANGER 15 IN THE AIR FROM THE CABIN 19. THIS PROVISION INCREASES THE COOLING CAPACITY OF AIR CONDITIONING SYSTEMS FOR AIRCRAFT.
Description
Système de conditionnement d'air à c4ea d'air.Air conditioning system with air duct.
La présente invention concerne les systèmes de condition- The present invention relates to conditioning systems
nement d'air à cycle d'air.Air cycle air.
Les systèmes de conditionnement d'air à cycle d'air sont utilisés de façon intensive à bord des avions et ils produisent le refroidissement d'une alimentation convenable en air, à une Air cycle air conditioning systems are used extensively on aircraft and they produce cooling of a suitable air supply,
température élevée, en effectuant une détente de cet air à tra- high temperature, by relaxing this air through
vers une turbine et grâce à un transfert de chaleur versun ou plusieurs échangeurs de chaleur. Cependant, on cherche toujours à réaliser des systèmes de conditionnement d'air ayant une plus grande capacité de refroidissement pour une consommation non augmentée de l'air d'alimentation prélevé sur les moteurs des avions. Il est bien connu que, lorsque de l'air est détendu à I5 travers une turbine, sa température est abaissée et qu'on peut obtenir des températures inférieures à 00C. Il est également bien connu que, par suite des variations du degré d'humidité de l'air d'alimentation, lequel provient en général de l'atmosphère, il peut se former ou non de la glace à la sortie de la turbine, en fonction des conditions atmosphériques to a turbine and through heat transfer to one or more heat exchangers. However, it is still sought to achieve air conditioning systems having a greater cooling capacity for unabated consumption of the supply air taken from aircraft engines. It is well known that when air is expanded through a turbine, its temperature is lowered and temperatures below 00C can be achieved. It is also well known that, as a result of variations in the moisture content of the supply air, which generally originates from the atmosphere, it may or may not form ice at the outlet of the turbine. function of atmospheric conditions
régnantes; en conséquence, de façon à éviter un mauvais fonction- ruling; consequently, so as to avoid a bad
nement de la turbine, et, par suite, de tout le système dont la turbine constitue une partie, à cause de la formation de glace, il est souvent prévu que la température de l'air fourni par la turbine soit sensiblement à une température de 0C, ou bien que, en variante, la formation de glace soit empêchée par un réchauffage des organes de sortie de la turbine, afin d'éviter une accumulation de glace sur ces organes. Il est égaement de pratique courante, dans ces systèmes de conditionnement d'air, of the turbine system, because of the formation of ice, it is often expected that the temperature of the air supplied by the turbine is substantially at a temperature of 0C, or alternatively, the formation of ice is prevented by heating the output members of the turbine, to prevent ice accumulation on these bodies. It is also common practice, in these air conditioning systems,
de prévoir une extraction de l'eau contenue dans l'air d'alimen- to provide an extraction of the water contained in the air of
tation ou dans l'air prélevé sur les moteurs, de façon à établir des conditions qui sont moins favorables à la formation de la glace. On sait également que, par une pulvérisation d'eau dans or in the air drawn from the engines, so as to establish conditions which are less favorable to the formation of ice. It is also known that by a water spray in
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l'air de refroidissement, à l'entrée d'un échangeur de chaleur, on obtient une extraction de chaleur plus éfficace de la charge d'air.C 'tpourquoi, dans de nombreux systèmes de conditionnement d'air à cycle d'- air connus, l'eau qui est extraite de l'air d'alimentation est injectée dans l'air dynamique de refroidis- sement des prérefroidisseurs et des échangeurs de chaleur cooling air, at the inlet of a heat exchanger, a more efficient heat extraction of the air charge is achieved.This is why, in many air conditioning systems with a In the known air, the water that is extracted from the supply air is injected into the dynamic cooling air of the pre-coolers and the heat exchangers.
primaires pour refroidir l'air d'alimentation. primary to cool the supply air.
De récents perfectionnements ont permis d'obtenir une extraction d'eau améliorée, dans de tels systèmes, grâce à l'adoption de moyens d'extraction, désignés sous le terme de séparateurs d'eau à haute pression, qui condensent l'eau Recent improvements have resulted in improved water extraction in such systems through the use of extraction means, referred to as high-pressure water separators, which condense water.
en amont de l'entrée de la turbine, à un endroit o l'air d'ali- upstream of the turbine inlet, at a location where the air
mentation est à la pression la plus élevée du système, ce qui autorise à tirer parti de la température de point de rosée plus I5 élevée. Dans ces moyens de séparation, un échangeur-condenseur est agencé pour recevoir l'air qui est acheminé vers une turbine de détente en tant que fluide passant par la voie principale de l'échangeur et ensuite pour faire passer le même air en tant que fluide de refroidissement après son refoulement par la turbine. Un tel agencement conduit à une température sensiblement inférieure à 00C. à la sortie de la turbine, mais du fait que la totalité de l'eau n'est pas extraite, les températures à la sortie du condenseur sont normalement limitées à, environ, -10WC. Si, après travail, l'air quitte le système The system is at the highest pressure in the system, which makes it possible to take advantage of the higher dew point temperature. In these separation means, an exchanger-condenser is arranged to receive the air which is conveyed to an expansion turbine as a fluid passing through the main channel of the exchanger and then to pass the same air as a fluid cooling after delivery by the turbine. Such an arrangement leads to a temperature substantially lower than 00C. at the outlet of the turbine, but because not all of the water is extracted, the temperatures at the condenser outlet are normally limited to about -10 ° C. If, after work, the air leaves the system
à une température de, parDxemple, 500C, le gain en refroidisse- at a temperature of, for example, 500C, the cooling gain
ment provenant de l'utilisation d'air fourni à -100C est faible si on le compare aux systèmes conventionnels dans lesquels cet from the use of air supplied at -100C is low when compared to conventional systems in which this
air est maintenu juste au-dessus de 00C. air is kept just above 00C.
Cependant, dans les systèmes connus jusqu'à présent, on n'a jamais utilisé de la manière la plus efficace l'eau However, in the systems known hitherto, water has never been used in the most efficient manner.
extraite, car la chaleur latente d'évaporation n'est pas utili- extracted, because the latent heat of evaporation is not used.
sée à son potentiel total.to its full potential.
La présente invention permet de réaliser un système de conditionnement d'air à cycle d'air dans lequel on obtient un gain additionnel de refroidissement, grâce à une utilisation efficace de l'eau extraite de l'air d'alimentation sous haute pression. The present invention makes it possible to provide an air cycle air conditioning system in which an additional cooling gain is achieved by efficient use of the water extracted from the high pressure supply air.
L'invention a également pour'but d'obtenir un refroidisse- The invention also aims to obtain a cooling effect
ment additionnel dans un système de conditionnement d'air à cycle d'air en utilisant sensiblement le potentiel total de la chaleur latente d'évaporation de l'eau extraite d'une alimentation additionally in an air cycle air conditioning system by substantially utilizing the total potential of the latent heat of evaporation of the water extracted from a feed
d'air sous haute pression.high pressure air.
L'invention a pour objet un système de conditionnement I0 d'air à cycle d'air, comprenant une turbine de détente qui fournit un flux d'air détendu pour conditionner une charge The subject of the invention is an air cycle air conditioning system I0, comprising an expansion turbine which provides a relaxed air flow for conditioning a load.
thermique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'extrac- characterized in that it comprises extraction means
tion d'eau de l'air d'alimentation à haute pression en amont de la turbine de détente, et des moyens pour injecter l'eau extraite I5 dans l'entrée du fluide de refroidissement d'un échangeur de chaleur qui reçoit le flux d'air d'alimentation détendu de la turbine après que cet air ait soustrait de la chaleur à ladite water supply of the high pressure supply air upstream of the expansion turbine, and means for injecting the extracted water I5 into the inlet of the cooling fluid of a heat exchanger which receives the flow. of supply air expanded from the turbine after this air has removed heat from said
charge thermique.thermal load.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, de l'air prérefroidi passe à travers un compresseur, monté sur le même arbre que la turbine de détente, puis parvient ensuite à l'entrée de la turbine après être passé par la voie principale de l'échangeur de chaleur dans lequel cet air est refroidi par le flux de l'air d'alimentation détendu par la turbine, après que cet air ait extrait de la chaleur d'une charge thermique l'eau extraite de l'alimentation d'air sous haute pression, According to one embodiment of the invention, pre-cooled air passes through a compressor, mounted on the same shaft as the expansion turbine, and then arrives at the inlet of the turbine after being passed through the main airway. the heat exchanger in which this air is cooled by the flow of the supply air expanded by the turbine, after this air has extracted from the heat of a heat load the water extracted from the feed of high pressure air,
en amont de l'entrée de la turbine étant injectée dans l'alimen- upstream of the inlet of the turbine being injected into the feed
tation d'air détendu par la turbine au moment o cet air pénètre dans l'entrée du fluide de refroidissement de l'échangeur de air expelled by the turbine at the moment this air enters the coolant inlet of the heat exchanger.
chaleur.heat.
Dans ce système, la chaleur latente d'évaporation de l'eau extraite est utilisée pour condenser l'eau contenue dans l'air à haute pression fourni par le compresseur à la turbine, 4. In this system, the latent heat of evaporation of the extracted water is used to condense the water contained in the high-pressure air supplied by the compressor to the turbine, 4.
ce qui permet d'obtenir des performances sensiblement équiva- which makes it possible to obtain substantially equivalent performances
lentes à celles obtenues avec de l'air sec, dans la gamme des slow to those obtained with dry air, in the range of
humidités ambiantes.ambient humidities.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le courant d'air d'alimentation détendu par la turbine, après avoir extrait de la chaleur d'une charge thermique telle qu'un compartiment ou une cabine d'avion, passe à travers l'échangeur de chaleur de façon à être en relation d'échange de température avec du fluide circulant dans une boucle séparée, afin de refroidir une autre charge thermique, Suivant cette forme de réalisation, l'eau extraite de l'air d'alimentation sous haute pression en amont de l'entrée de la turbine est injectée dans l'air d'alimentation détendu par la turbine lorsque cet air pénètre dans l'entrée du fluide de refroidissement de According to another embodiment of the invention, the feed air stream expanded by the turbine, after extracting heat from a heat load such as a compartment or an aircraft cabin, passes through the heat exchanger so as to be in temperature exchange relationship with fluid flowing in a separate loop, to cool another heat load, according to this embodiment, the water extracted from the feed air under high pressure upstream of the inlet of the turbine is injected into the supply air expanded by the turbine when this air enters the inlet of the cooling fluid of
l'échangeur de chaleur.the heat exchanger.
Des systèmes de conditionnement connus comportent des moyens pour extraire l'eau de l'air sous haute pression en amont de l'entrée de la turbine, l'eau extraite étant injectée dans l'entrée du fluide de refroidissement d'un échangeur de Known packaging systems comprise means for extracting water from the air under high pressure upstream of the inlet of the turbine, the extracted water being injected into the inlet of the cooling fluid of a heat exchanger.
chaleur à air dynamique, si bien que l'efficacité de l'évapora- dynamic air heat, so that the efficiency of evaporation
tion de l'eau est normalement limitée par le rapport élevé des water is normally limited by the high ratio of
débits du fluide de refroidissement et de la charge à refroidir. flow rates of the coolant and the charge to be cooled.
La présente invention prévoit, au contraire, un système dans lequel les deux débits massiques,à travers l'échangeur de chaleur dans lequel est injectée l'eau extraite,sont les mêmes grRce à quoi on obtient les caractéristiques optimales de transfert de chaleur en tirant le meilleur parti de la chaleur The present invention provides, on the contrary, a system in which the two mass flow rates, through the heat exchanger into which the extracted water is injected, are the same thanks to which the optimum characteristics of heat transfer by pulling are obtained. the best of heat
latente d'évaporation de l'eau extraite. latent evaporation of the extracted water.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- The invention will be better understood on reading the
cription détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins qui montrent à titre d'exemples non limitatifs plusieurs modes detailed description which will follow and on the examination of the drawings which show by way of nonlimiting examples several modes
de réalisation de l'invention.embodiment of the invention.
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La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système de conditionnement d'air suivant l'invention. La figure 2 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention. Le système de conditionnement d'air à cycle d'air 10, Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an air conditioning system according to the invention. Figure 2 is a schematic representation of another embodiment of the invention. The air cycle air conditioning system 10,
représenté sur la figure 1, comprend un-ensemble turbocompres- shown in FIG. 1, comprises a turbocompres-
seur 11 à montage en boucle comportant une turbine de détente d'air froid 12 accouplée fonctionnellement avec un compresseur I0 radial 13 par l'intermédiaire de conduites fluides 14 et d'un arbre commun. Le cir.cuit des conduites 14 achemine l'air en provenance du compresseur 13 vers la turbine 12, par l'intermédiaire de la voie principale d'un échangeur de chaleur et d'un extracteur d'eau à tourbillons 16. L'extracteur d'eau I5 16 est raccordé avec un dispositif injecteur 17 qui est agencé pour pulvériser de l'eau dans l'entrée de la voie du fluide de refroidissement de l'échangeur de chaleur 15, cette eau provenant de la bâche du séparateur d'eau 16. Le compresseur 13 reçoit une alimentation d'air sous pression, à travers un échangeur de prérefroidissement 18, à partir d'une source d'air telle que l'étage haute pression ou l'étage intermédiaire d'un turbo moteur d'avion (non représenté}. La sortie de la turbine 12 est raccordée à l'entrée d'un compartiment ou d'une 11 is a loop-mounted circuit comprising a cold air expansion turbine 12 operably coupled to a radial compressor 10 via fluid conduits 14 and a common shaft. The conduit line 14 conveys air from the compressor 13 to the turbine 12 via the main heat exchanger channel and a vortex water extractor 16. The extractor water pump I5 16 is connected with an injector device 17 which is arranged to spray water into the inlet of the cooling fluid path of the heat exchanger 15, this water coming from the separator cover 16. The compressor 13 receives a supply of pressurized air, through a pre-cooling exchanger 18, from an air source such as the high pressure stage or the intermediate stage of a turbo engine. The turbine outlet 12 is connected to the inlet of a compartment or a
cabine 19, à travers la voie de passage du fluide de refroidis- cabin 19, through the cooling fluid passageway
sement d'un échangeur de chaleur 20, ou échangeur de charges a heat exchanger 20, or charge exchanger
thermiques, cette voie de passage faisant partie d'un circuit 21. thermal, this passageway being part of a circuit 21.
Une conduite 22, destinée à l'évacuation hors du compartiment 19 de l'air d'alimentation détendu par la turbine,est raccordée à la voie de passage du fluide de refroidissement de l'échangeur de chaleur en boucle 15, audelà duquel cet air est évacué à l'extérieur. La voie principale de l'échangeur de chaleur 20 fait partie d'un circuit fermé de circulation qui comprend une charge thermique 23 telle qu'un compartiment pour équipements électroniques. Le fluide dans ce circuit peut être gazeux ou 6. liquide et est entraîné en circulation par un ventilateur ou une pompe 24, suivant le cas. Le circuit 21, lorsqu'il est raccordé à une cabine 19, comporte de préférence un dispositif inducteur de flux 25 pour recycler une partie de l'air de la cabine. Lorsque le système 10 est en fonctionnement, de l'air sous pression est fourni par la source d'air non représentée, et est refroidi en passant à travers le prérefroidisseur 18 avant de pénétrer dans l'ensemble turbo compresseur à montage en J0 boucle 11, à partir duquel il est détendu pour atteindre des températures inférieures à 0, par exemple -50 à -600C, avant A pipe 22, intended for the evacuation from the compartment 19 of the supply air expanded by the turbine, is connected to the passageway of the cooling fluid of the loop heat exchanger 15, beyond which this air is evacuated outside. The main path of the heat exchanger 20 is part of a closed circulation circuit which comprises a heat load 23 such as a compartment for electronic equipment. The fluid in this circuit may be gaseous or liquid and is circulated by a fan or pump 24, as the case may be. The circuit 21, when connected to a cabin 19, preferably includes a flow inducing device 25 for recycling a portion of the cabin air. When the system 10 is in operation, pressurized air is supplied from the unrepresented air source, and is cooled through the precooler 18 before entering the loop-mounted turbo compressor assembly 11. , from which it is relaxed to reach temperatures below 0, for example -50 to -600C, before
de pénétrer dans l'échangeur 20 de la charge thermique. to enter the exchanger 20 of the heat load.
Il se produit dans cet échangeur de chaleur un transfert de chaleur considérable par dissipation de la chaleur de la charge thermique 23, si bien que la température de l'air d'alimentation détendu par la turbine peut être de l'ordre de 0C à -100C, ce qui fait que cet air, lorsqu'il est amené à une cabine 19, a besoin de voir sa température encore relevée jusqu'à un This heat exchanger produces considerable heat transfer by dissipating the heat of the heat load 23, so that the temperature of the supply air expanded by the turbine can be of the order of 0 ° C to 100C, so that this air, when brought to a cabin 19, needs to see its temperature again raised to a
niveau acceptable par les passagers. Ce relèvement de tempéra- level acceptable by passengers. This increase in temperature
ture est réalisé par un recyclage d'une partie de l'air de la cabine qui est entraîné par le dispositif inducteur de flux ture is achieved by recycling a portion of the cabin air that is driven by the flow inducing device
disposé en amont de l'entrée de la cabine. disposed upstream of the entrance of the cabin.
L'air d'alimentation détendu par la turbine, après avoir été évacué de la cabine 19, est acheminé, par la conduite 22 jusqu'à l'échangeur de chaleur 15 dans lequel il joue le rCle de fluide de refroidissement vis-à- vis de l'air d'alimentation The supply air expanded by the turbine, after having been evacuated from the cabin 19, is conveyed via line 22 to the heat exchanger 15 in which it plays the role of cooling fluid vis-à- supply air screw
à haute pression qui est fourni par le compresseur 13. L'effica- at high pressure which is provided by the compressor 13. The efficiency
cité du transfert de chaleur de cet agencement est augmentée cited heat transfer of this arrangement is increased
en pulvérisant dans l'air détendu, à l'entrée du fluide de refroi- by spraying in the relaxed air, at the inlet of the cooling fluid
dissement de l'échangeur de chaleur 15, la totalité de l'eau qui a été préalablement extraite de l'air d'alimentation à haute pression par le séparateur d'eau 16. Comme sensiblement la totalité de l'eau est extraite de l'air d'alimentation, puis y est ensuite renvoyée, l'utilisation la plus efficace of the heat exchanger 15, all of the water which has been previously extracted from the high-pressure supply air by the water separator 16. Since substantially all of the water is extracted from the supply air, then returned to it, the most efficient use
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de la chaleur latente pour l'évaporation de l'eau est permise, ce qui conduit à des performances sensiblement équivalentes à celles qui pourraient être obtenues avec de l'air sec, dans toute la gamme de l'humidité ambiante. Ce fait, en même temps que l'utilisation d'air à une température sensiblement inférieure à 0 en tant qu'agent de refroidissement,réduit les besoins latent heat for the evaporation of water is permitted, which leads to performance substantially equivalent to that which could be achieved with dry air, throughout the range of ambient humidity. This fact, together with the use of air at a temperature substantially lower than 0 as a cooling agent, reduces the need
en air prélevé sur les moteurs de l'avion. in air taken from the engines of the aircraft.
Le système de conditionnement d'air 30 qui est représenté The air conditioning system 30 which is shown
sur la figure 2 est une variante de celui qui vient d'être dé- Figure 2 is a variant of the one just described.
I0 crit, mais il procure une meilleure autorégulation et il a une capacité inhérente à s'ajuster de lui-même en fonction des It provides better self-regulation and has an inherent ability to adjust itself according to
conditions d'humidité de l'air d'alimentation sous pression. humidity conditions of the supply air under pressure.
Le système 30 comprend un ensemble turbocompresseur/échangeur de chaleur 31 à montage en boucle. Cet ensemble comprend une I5 turbine de détente à air 32 et un compresseur radial 33 qui sont montés sur un arbre commun, la sortie du compresseur étant raccordée à l'entrée de la turbine par l'intermédiaire d'un circuit 34. Ce circuit 34 comprend, en allant ver l'aval, ]s voiesprincipalesd'un refroidisseur intermédiaire 35, d'un The system 30 includes a loop-mounted turbocharger / heat exchanger assembly 31. This assembly comprises an I5 air expansion turbine 32 and a radial compressor 33 which are mounted on a common shaft, the compressor outlet being connected to the inlet of the turbine via a circuit 34. This circuit 34 includes, downstream, the main routes of an aftercooler 35, a
échangeur régénérateur 36, d'un réchauffeur 37, d'un échangeur- regenerating exchanger 36, a heater 37, a heat exchanger
condenseur 38 et comprend la voie du fluide de refroidissement du réchauffeur 37. Une conduite 39 relie l'entrée du compresseur à une source d'air sous pression (non représenté), telle qu'un prélèvement d'air sur un moteur d'avion, par l'intermédiaire condenser 38 and includes the coolant path of the heater 37. A conduit 39 connects the compressor inlet to a source of pressurized air (not shown), such as an air sample from an aircraft engine. , through
d'un prérefroidisseur 40.a pre-cooler 40.
La sortie de la turbine 32 est raccordée par un circuit 41 aixpassages du fluide de refroidissement du condenseur 38 et d'un échangeur de chaleur 42, puis à une pluralité de compartiments qui peuvent comprendre une cabine 43 et deux compartiments à équipements 44, 45, après quoi l'air est évacué vers l'extérieur après avoir traversé les passages pour fluides de refroidissement d'un échangeur de chaleur 46 et de l'échangeur The outlet of the turbine 32 is connected by a circuit 41 to the coolant condenser 38 and a heat exchanger 42 and then to a plurality of compartments which may comprise a cabin 43 and two equipment compartments 44, 45, after which the air is discharged to the outside after having passed through the passages for cooling fluids of a heat exchanger 46 and the heat exchanger
générateur 36.generator 36.
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L'un des compartiment à équipements 45 est branché sur une conduite dérivée 4la montée en parallèle sur la cabine 43 One of the equipment compartment 45 is connected to a branch line 4la connected in parallel with the cabin 43
et le compartiment 44.and the compartment 44.
Un extracteur d'eau 47, de préférence du type à aubes fixes de tourbillon, est inclus dans le circuit 34, à la sortie du condenseur 38, et est relié par une canalisation 48 à un dispositif injecteur 49 qui pulvérise de l'eau dans l'entrée du passage de fluide de refroidissement de l'échangeur de chaleur 46. Les voies principales des échangeurs 42 et 46 font Io partie d'un circuit de refroidissement fermé à recyclage 50 A water extractor 47, preferably of the vortex fixed vane type, is included in the circuit 34, at the outlet of the condenser 38, and is connected by a pipe 48 to an injector device 49 which sprays water into the inlet of the cooling fluid passage of the heat exchanger 46. The main channels of the exchangers 42 and 46 are part of a closed recycle cooling circuit 50
qui comprend une charge thermique 51. Le fluide de refridisse- which comprises a heat load 51. The cooling fluid
ment dans le circuit50 peut être gazeux ou liquide et est entrainé en circulation par un ventilateur ou une pompe 52, in the circuit 50 can be gaseous or liquid and is circulated by a fan or a pump 52,
suivant le cas. Le fluide de refroidissement du prérefroidis- as the case may be. Pre-cooling coolant
I5 seur 40 et du refroidisseur intermédiaire 35 peut être dérivé I5 40 and the intercooler 35 can be derived
sur n'importe quelle source appropriée et, dans le cas d'appli- any appropriate source and, in the case of
cations aux avions, ce fluide de refroidissement est fourni cations, this coolant is supplied
par de l'air dynamique.by dynamic air.
On va décrire maintenant le.fonctionnement du système We will now describe the functioning of the system
représenté sur la figure 2 lorsqu'il est appliqué à un avion. shown in Figure 2 when applied to an aircraft.
De l'air d'alimentation sous pression est amené, sous une Pressurized supply air is supplied under a
pression déterminée, à l'entrée du compresseur 33, par l'inter- pressure, at the compressor inlet 33, through the
médiaire des conduites 39 et du prérefroidisseur 40. intermediate 39 and precooler 40.
D'une manière qui est-classique avec les systèmes à circuits en boucle, la température de l'air d'alimentation est élevée durant la compression, puis cet air est refroidi au cours de son In a manner that is conventional with loop circuit systems, the supply air temperature is high during compression, and then this air is cooled during its operation.
passage à travers le circuit 34. Dans le refroidisseur intermé- passing through the circuit 34. In the intermediate cooler
diaire 35, le refroidissement est avantageusement assuré par de l'air dynamique; dans l'échangeur régénérateur 3.6 le refroidissement est assuré par l'air d'alimentation qui est évacué en permanence hors du système-30, tandis que dans le réchaffeur 37 de la chaleur esttransférée à partir d'une zone de l'air d'alimentation située en amont du condenseur 38 diaire 35, the cooling is advantageously provided by dynamic air; in the regenerator exchanger 3.6 cooling is provided by the supply air which is continuously discharged out of the system-30, while in the heat exchanger 37 is transferred from an air zone of supply located upstream of the condenser 38
294 2486210294 2486210
à une zone enaval de ce dernier, grâce à quoi cet air est to an area below the latter, thanks to which this air is
réchauffé avant de pénétrer dans la turbine ou il est complè- warmed before entering the turbine or it is complete
tement détendu. Les condensats sont extraits de l'air d'alimen- relaxed. Condensates are extracted from the air
tation à la sortie du condenseur par l'extracteur d'eau 47. at the outlet of the condenser by the water extractor 47.
Dans des condkitons de forte humidité, la température de l'air d'alimentation détendu évacué du condenseur 38, ne sera pas sensiblement en-dessous du point de congélation, par exemple - 100C, par suite de l'effet de condensation de l'eau dans l'air; tandis que dans des conditions de faible humidité, cette température sera sensiblement plus basse, par exemple - 40 C, par suite des impératifs plus réduits de condensation. Cet air évacué, détendu par la turbine, circule, en tant que fluide de refroidissement, à travers l'échangeur de chaleur 42 dans lequel il recueille de la chaleur en provenance du fluide de refroidissement du circuit fermé 50 avant d'être transféré à la cabine 43, au compartiment 44 et, sous la dépendance d'un contrôle de système de température (non représenté) au compartiment 45 par l'intermédiaire de la conduite de dérivation 41a. L'air détendu de la turbine après évacuation hors de la cabine 43 et des compartiments 44, 45, est amené, en tant que fluide de refroidissement, à l'échangeur de chaleur 46 dans l'entrée duquel l'injecteur In high humidity conditons, the temperature of the expanded supply air discharged from the condenser 38 will not be substantially below the freezing point, for example -100C, as a result of the condensation effect of the water in the air; while in low humidity conditions, this temperature will be substantially lower, for example - 40 C, due to the lower requirements of condensation. This exhaust air, expanded by the turbine, circulates, as a cooling fluid, through the heat exchanger 42 in which it collects heat from the cooling fluid of the closed circuit 50 before being transferred to the cabin 43, to the compartment 44 and, under the control of a temperature system control (not shown) to the compartment 45 through the branch line 41a. The expanded air of the turbine after evacuation from the cabin 43 and the compartments 44, 45 is brought, as a cooling fluid, to the heat exchanger 46 in the inlet of which the injector
49 pulvérise l'eau extraite par l'extracteur d'eau 47. 49 sprays the water extracted by the water extractor 47.
La quantité de cette eau augmente lorsque l'humidité atmosphéri- The amount of this water increases when atmospheric humidity
que augmente et, en conséquence, l'effet de refroidissement sur la charge à traiter, c'est-à-dire sur le fluide qui circule dans le circuit de refroidissement 50, augmente, si bien que, dans des conditions de forte humidité, la totalité de l'eau injectée n'est pas évaporée dans l'échangeur de chaleur 46. L'eau qui, ainsi, n'est pas évaporée, est entraînée dans le passage du fluide de refroidissement de l'échangeur régénérateur 36 de l'ensemble turbo compresseur 31, ou il est alors évaporé avant que l'air détendu ne quitte le système de conditionnement/ 9. that increases and, consequently, the cooling effect on the charge to be treated, that is to say on the fluid flowing in the cooling circuit 50, increases, so that under conditions of high humidity, the totality of the injected water is not evaporated in the heat exchanger 46. The water, which is thus not evaporated, is entrained in the passage of the cooling fluid of the regenerative exchanger 36 of the turbo compressor assembly 31, where it is then evaporated before the expanded air leaves the conditioning system / 9.
24862 1 C24862 1 C
Le fluide dans le circuit de refroidissement fermé 50 est entraîné en circulation par le ventilateur ou la pompe 52, grace à quoi la chaleur qui est engendrée dans la charge thermique 51 est dissipée par transfert à l'air détendu par la turbine sous l'effet des échangeurs de chaleur 42 et 46. Ainsi, pour un air d'alimentation ayant une forte humidité, une proportion appréciable de la capacité de refroidissement est produite par évaporation d'eau dans l'échangeur de chaleur 46, tandis que dans des conditions de faible humidité une I0 proportion appréciable du refroidissement est assurée par The fluid in the closed cooling circuit 50 is circulated by the fan or the pump 52, whereby the heat that is generated in the heat load 51 is dissipated by transfer to the air expanded by the turbine under the effect heat exchangers 42 and 46. Thus, for a feed air having a high humidity, an appreciable proportion of the cooling capacity is produced by evaporation of water in the heat exchanger 46, while under conditions of low humidity an appreciable proportion of cooling is provided by
l'air froid sec dans l'échangeur de chaleur 42. dry cold air in the heat exchanger 42.
Dans les conditions de forte humidité, l'évaporation n'est pas complète dans l'échangeur 46 et il se produit une évaporation finale dans l'échangeur régénérateur 36, ce qui confère à celui-ci une plus grande capacité de refroidissement et ce qui provoque en conséquence un taux de condensation plus élevé dans le condenseur 38. C'est pourquoi, le flux d'air d'alimentation vers la turbine 32 peut être maintenu dans un état suffisamment sec pour permettre d'obtenir des températures Under conditions of high humidity, the evaporation is not complete in the exchanger 46 and final evaporation occurs in the regenerative exchanger 36, which gives it a greater cooling capacity and which consequently, a higher condensation rate in the condenser 38. Therefore, the supply air flow to the turbine 32 can be maintained in a sufficiently dry state to allow temperatures to be obtained.
sensiblement inférieures à 00C à la sortie de la turbine. substantially less than 00C at the outlet of the turbine.
Des moyens connus de contrôle de température (non représenté) sont incorporés dans le système de façon à y réguler les conditions variables, ainsi que les demandes de conditionnement qui lui sont faites au cours du fonctionnement, de façon à Known temperature control means (not shown) are incorporated in the system so as to regulate the variable conditions, as well as the conditioning requests made to it during operation, so as to
maintenir les conditions de marche les plus efficaces. maintain the most efficient operating conditions.
Il apparait bien, d'après la description qui précède, It appears from the above description that
que l'efficacité des systèmes déjà connus peut être augmentée par un usage plus efficace de la chaleur latente d'évaporation, en renvoyant toute l'eau extraite de l'air d'alimentation dans une zone à haute pression du sytème vers le même air dans une zone o il assure une fonction de refroidissement. Il apparaît that the efficiency of the already known systems can be increased by a more efficient use of the latent heat of evaporation, by returning all the water extracted from the supply air in a zone of high pressure of the sytem towards the same air in an area where it provides a cooling function. It appears
également que, en permettant l'utilisation d'air à une tempéra- also that by allowing the use of air at a temperature of
ture sensiblement inférieure à QOC en tant qu'agent de il s 2486210 de refroidissement, les besoins en air d'alimentation prélevé sur un turbomoteur peuvent être diminués pour une capacité significantly lower than QOC as a cooling agent, the supply air requirements from a turbine engine can be reduced for
de refroidissement donnée du système. given cooling of the system.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés, elle est suscep- tible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown, it is susceptible to many variants accessible to those skilled in the art
sans pour cela sortir du cadre de l'invention. without departing from the scope of the invention.
C'est ainsi qu'on peut inclure dans le système divers moyens de régulation de débit, tels que des turbines Io à buses variables, ainsi que des agencements différents des It is thus possible to include in the system various flow control means, such as variable nozzle turbines Io, as well as different arrangements of
circuits en dérivation pour équilibrer la capacité de refroidis- shunt circuits to balance the cooling capacity
sement du sytème à diverses charges thermiques. the system to various thermal loads.
12.12.
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