FR2935132A1 - Systeme de refroidissement d'equipements electriques ou electroniques d'un aeronef - Google Patents
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Abstract
Un système de refroidissement à air pour équipements électriques ou électroniques d'un aéronef adapté à refroidir un premier et un second compartiments d'équipements électriques ou électroniques (2, 3) est décrit. Le système comprend de l'air circulant dans un circuit fermé principal (4) au moyen d'au moins un ventilateur (21) ; un échangeur thermique principal (5) adapté à refroidir l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) à une température permettant le refroidissement du premier et du second compartiments d'équipements électriques ou électroniques (2, 3) à une température appropriée pour le fonctionnement des équipements se trouvant dans les compartiments lorsque l'aéronef dans lequel le système se trouve est en phase de vol. L'échangeur thermique principal (5) est adapté à transmettre la chaleur de l'air refroidie du circuit fermé principal (4) à un fluide caloporteur d'un second circuit de refroidissement fermé (6) fluidiquement indépendant du circuit fermé principal (4).
Description
SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT D'ÉQUIPEMENTS ÉLECTRIQUES OU ÉLECTRONIQUES D'UN AÉRONEF
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef à l'aide d'air circulant dans un circuit fermé. L'invention se rapporte également à un aéronef comportant un tel système. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Un aéronef, tel qu'un avion de transport commercial moderne, comporte différents équipements électriques et électroniques destinés à son fonctionnement, dont notamment 15 des équipements électroniques employés dans les systèmes avioniques, des équipements électriques généraux et des instruments de vol du poste de pilotage. Ces équipements sont généralement regroupés dans des soutes et des armoires situées à différents endroits dans la structure de l'aéronef. Ces soutes et ces armoires sont généralement munies de systèmes de refroidissement, notamment de systèmes de refroidissement par air soufflé, qui permettent 20 d'en contrôler la température intérieure et ce, afin d'éviter que les équipements électriques et électroniques qui y sont regroupés ne surchauffent.
Le Rapport d'information aérospatiale intitulé Electrical and Electronic Equipment Cooling in Commercial Transports , émis par l'organisation Society of Automotive 25 Engineers Inc. (SAE) le 15 décembre 1956, tel que révisé le ter septembre 1992 (ci-après, le Rapport SAE ), comporte un sommaire des systèmes et méthodes de refroidissement d'équipements électriques et électroniques par air poussé pouvant être employés dans l'aviation commerciale. De tels systèmes comportent généralement un dispositif de poussée d'air et un ou plusieurs conduits destinés à acheminer l'air poussé à l'endroit 30 désiré. Les équipements électriques et électroniques à refroidir sont disposés de façon à permettre leur couplage thermique maximal avec l'air. De tels systèmes peuvent être ouverts (utilisation de l'air ambiant et re-circulation de cet air dans d'autres compartiments de l'aéronef) ou fermés (re-circulation du même air en circuit dans un système de refroidissement indépendant).10 Toutefois, en raison (i) de l'augmentation de la densité de puissance des nouveaux équipements électriques et électroniques utilisés dans les avions commerciaux modernes ou qui sont destinés à équiper les avions commerciaux en cours de développement, (ii) de l'augmentation du nombre de composants des équipements électriques et électroniques à être refroidis, et (iii) du fait que ces équipements sont de plus en plus densément regroupés, les équipements électriques et électroniques des avions commerciaux dégagent de plus en plus de chaleur et la température de l'atmosphère des soutes et des armoires dans lesquelles ils sont regroupés tend à augmenter de façon significative. Inversement, les nouveaux équipements électriques et électroniques développés pour l'aviation commerciale, et notamment les équipements électroniques des systèmes avioniques, requièrent de plus en plus d'être opérés à des températures bien contrôlées.
Sans système de refroidissement approprié, la température ambiante des soutes et des armoires dans lesquelles les équipements électriques ou électroniques sont regroupés peut donc s'élever au dessus d'une température maximale à laquelle ces équipements peuvent être opérés. Il peut alors en résulter : un mauvais fonctionnement de ces équipements, une diminution de leur durée de vie utile, leur défaillance ou leur endommagement définitif. Une telle situation est critique lorsqu'il est question d'équipements électriques et électroniques utilisés dans le fonctionnement d'un aéronef tel un avion de transport commercial.
Toutefois, les systèmes généralement connus dans l'art antérieur et ceux proposés dans le Rapport SAE n'apportent pas de solution satisfaisante à cette nouvelle problématique. La simple augmentation de la quantité et du débit d'air soufflé sur les composantes électriques ou électroniques à refroidir comporte des inconvénients importants : (i) faible efficacité thermique, (ii) diminution de l'espace commercial disponible dans l'aéronef, (iii) augmentation du bruit, (iv) augmentation de la consommation énergétique, et (v) risque de dommage des équipements refroidis.
Une solution à cette problématique est le recours à un système de refroidissement à air soufflé pré-refroidi circulant en continu dans une boucle fermée. Le Rapport SAE décrit notamment un tel système, dont l'air re-circulé peut être pré-refroidi au moyen d'un échangeur thermique qui en permet le couplage thermique avec l'atmosphère extérieure de l'aéronef, lequel est présumé être suffisamment froid pour refroidir l'air re-circulé à un niveau acceptable. Le Rapport SAE décrit également que lorsque l'aéronef est au sol par temps chaud, un système de réfrigération auxiliaire permet de refroidir l'air re-circulé dans la boucle à un niveau acceptable. Ce système comporte néanmoins certains problèmes :
le recours à l'atmosphère extérieure de l'aéronef comme source principale de dissipation de la chaleur dégagée par les équipements électriques et électroniques ne permet pas de garantir un niveau de refroidissement constant dans toutes les conditions d'opération de ces équipements et peut, dans certaines conditions d'opération, nuire au refroidissement de ces équipements; et
(ii) le recours à un système de réfrigération auxiliaire peut impliquer une demande énergétique additionnelle et une augmentation significative de la 15 masse totale du système de refroidissement à air soufflé.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Il existe donc toujours un besoin pour un système de refroidissement d'équipements 20 électriques ou électroniques d'un aéronef à l'aide d'air pré-refroidi circulant dans un circuit fermé qui soit à la fois efficace au niveau thermique et au niveau énergétique.
La présente invention permet de résoudre au moins un des problèmes exposés précédemment. 25 L'invention a ainsi pour objet un système de refroidissement à air pour équipements électriques ou électroniques d'un aéronef adapté à refroidir un premier compartiment d'équipements électriques ou électroniques et un second compartiment d'équipements électriques ou électroniques, comprenant de l'air circulant dans un circuit fermé principal 30 au moyen d'au moins un ventilateur, caractérisé en ce que : - un échangeur thermique principal est adapté à refroidir l'air circulant dans le circuit fermé principal à une température permettant le refroidissement du premier et du second compartiments d'équipements électriques ou électroniques à une température appropriée pour le fonctionnement des (i) 10 équipements se trouvant dans les compartiments lorsque l'aéronef dans lequel le système se trouve est en phase de vol; et - l'échangeur thermique principal est adapté à transmettre la chaleur de l'air refroidie du circuit fermé principal à un fluide caloporteur d'un second circuit de refroidissement fermé, le second circuit de refroidissement fermé étant fluidiquement indépendant du circuit fermé principal.
Un tel système permet, entre autre, un refroidissement plus efficace au niveau thermique et au niveau énergétique, en permettant de maintenir l'air circulant dans le circuit fermé principal à une température contrôlée, indépendamment de la façon dont le fluide caloporteur du second circuit de refroidissement fermé est refroidi. Un tel système permet un refroidissement plus efficace d'équipements électriques ou électroniques, notamment d'équipements à haute densité de puissance, tout en permettant, entre autre, une réduction de la dimension des conduits du circuit et une réduction du bruit généré par la circulation de l'air dans le circuit.
Dans un mode de réalisation particulier, le système comprend également: - un filtre à air pour filtrer l'air du circuit fermé principal; et - un séparateur d'eau pour séparer l'eau de l'air dans le circuit fermé principal.
Dans un mode de réalisation particulier, le premier compartiment d'équipements électriques ou électroniques comprend les systèmes avioniques de l'aéronef; et le second compartiment d'équipements électriques ou électroniques comprend les équipements électriques de l'aéronef.
Dans un mode de réalisation particulier, l'échangeur thermique principal est dimensionné de façon à permettre une sortie d'air se situant sensiblement entre 10°C et 15°C dans le circuit fermé principal. Dans un mode de réalisation particulier, le premier et le second compartiments d'équipements électriques ou électroniques sont placés en série dans le circuit fermé principal; et le premier compartiment d'équipements électriques ou électroniques est30 positionné dans le circuit fermé principal en aval de l'échangeur thermique principal et en amont du second compartiment d'équipements électriques ou électroniques.
Une tel mode de réalisation permet, entre autre, un meilleur rendement énergétique, par exemple dans le cas où la température de fonctionnement des équipements d'un premier compartiment d'équipements électriques ou électroniques est inférieure à la température de fonctionnement des équipements d'un second compartiment d'équipements électriques ou électroniques.
Dans un mode de réalisation particulier, l'air circulant dans le circuit fermé principal est à une température entre approximativement 10°C et 15°C à l'entrée du premier compartiment d'équipements électriques ou électroniques; et l'air circulant dans le circuit fermé principal est à une température entre approximativement 40°C et 45°C à l'entrée du second compartiment d'équipements électriques ou électroniques.
Dans un mode de réalisation particulier, le premier et le second compartiments d'équipements électriques ou électroniques sont placés en parallèle dans le circuit fermé principal.
Une tel mode de réalisation permet, entre autre, un meilleur rendement thermique, par exemple dans le cas où la température de fonctionnement des équipements d'un premier et d'un second compartiments d'équipements électriques ou électroniques est approximativement la même.
Dans un mode de réalisation particulier, le système est également adapté à refroidir un troisième compartiment d'équipements électriques ou électroniques à une température appropriée au fonctionnement des équipements se trouvant dans le troisième compartiment; et le troisième compartiment d'équipements électriques ou électroniques comprend des instruments de vol du poste de pilotage de l'aéronef.
Un tel mode de réalisation permet, entre autre, un meilleur rendement énergétique dans la mesure où le circuit fermé principal refroidit à la fois le premier et le second compartiments d'équipements électriques ou électroniques, ainsi qu'un troisième compartiment d'équipements électriques ou électroniques.
Dans un mode de réalisation particulier, le système comprend également une valve d'admission et au moins une valve d'échappement adaptées à ouvrir le circuit fermé principal. Un tel mode de réalisation permet, entre autre, de recourir à l'air ambiant dans le cas, par exemple, d'un disfonctionnement de l'échangeur thermique principal.
Dans un mode de réalisation particulier, le second circuit de refroidissement fermé 10 comprend un second échangeur thermique adapté à refroidir le fluide caloporteur au moyen d'air ambiant externe; l'échangeur thermique principal permet l'évaporation du fluide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé dans un état gazeux de l'échangeur thermique principal au second échangeur thermique; le second échangeur thermique permet la condensation du fluide caloporteur circulant dans le second circuit de 15 refroidissement fermé dans un état liquide jusqu'à l'échangeur thermique principal; et le second circuit de refroidissement comprend au moins un compresseur adapté à faire circuler le fluide caloporteur dans le second circuit de refroidissement fermé.
Un tel mode de réalisation permet, entre autre, un meilleur rendement énergétique en ayant 20 recours à l'air ambiant externe afin de refroidir le fluide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé.
Dans un mode de réalisation particulier, le fluide caloporteur du second circuit de refroidissement fermé est un liquide caloporteur; par ailleurs, le système comprend : 25 - dans le second circuit de refroidissement fermé: - un second échangeur thermique couplant thermiquement le liquide caloporteur du second circuit de refroidissement fermé à un fluide caloporteur d'un troisième circuit de refroidissement fermé fluidiquement indépendant du circuit fermé principal et du second 30 circuit de refroidissement fermé; - un réservoir du liquide caloporteur; et - au moins une pompe adaptée à faire circuler le liquide caloporteur dans le second circuit de refroidissement fermé; - dans le troisième circuit de refroidissement fermé:5 - un troisième échangeur thermique adapté à refroidir le fluide caloporteur du troisième circuit de refroidissement au moyen d'air ambiant externe; - au moins un compresseur adapté à faire circuler le fluide caloporteur dans le troisième circuit de refroidissement fermé; - le second échangeur thermique permet l'évaporation du fluide caloporteur circulant dans le troisième circuit de refroidissement fermé dans un état gazeux du second échangeur thermique au troisième échangeur thermique; et - le troisième échangeur thermique permet la condensation du fluide caloporteur circulant dans le troisième circuit de refroidissement fermé dans un état liquide jusqu'au second échangeur thermique.
Une tel mode de réalisation permet, entre autre, une intégration plus souple du système de 15 refroidissement en rendant la localisation du troisième circuit de refroidissement fermé indépendante de la localisation du circuit fermé principal.
Dans un mode de réalisation particulier, le système comprend également : - un échangeur thermique secondaire adapté à coupler thermiquement le liquide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé directement à l'air ambiant externe; - une valve de dérivation placée en amont de l'échangeur thermique secondaire dans le second circuit de refroidissement fermé permettant de bloquer de façon au moins partielle la circulation du fluide vers l'échangeur thermique secondaire; et - un conduit de dérivation relie la valve de dérivation au second circuit de refroidissement fermé en aval de l'échangeur thermique secondaire.
Un tel mode de réalisation permet, entre autre, de disposer d'un échangeur thermique 30 secondaire dont l'utilisation peut être contrôlée par une valve de dérivation, l'échangeur thermique secondaire pouvant être utilisé dans le cas d'un disfonctionnement de l'échangeur thermique principal ou afin d'obtenir un meilleur rendement énergétique en ayant recours à l'air ambiant externe afin de refroidir le fluide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé. 20 25 Dans un mode de réalisation particulier, le système comprend également : - un échangeur thermique secondaire, adapté à coupler thermiquement l'air circulant dans le circuit fermé principal directement à l'air ambiant externe; - une valve de dérivation placée en amont de l'échangeur thermique secondaire dans le circuit fermé principal permettant de bloquer de façon au moins partielle la circulation de l'air vers l'échangeur thermique secondaire; et - un conduit de dérivation reliant la valve de dérivation au circuit fermé principal en aval de l'échangeur thermique secondaire de façon à permettre à l'air de contourner l'échangeur thermique secondaire.
Un tel mode de réalisation permet aussi, entre autre, de disposer d'un échangeur thermique secondaire dont l'utilisation peut être contrôlée par une valve de dérivation, l'échangeur thermique secondaire pouvant être utilisé dans le cas d'un disfonctionnement de l'échangeur thermique principal ou afin d'obtenir un meilleur rendement énergétique en ayant recours à l'air ambiant externe afin de refroidir le fluide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé.
L'invention a également pour objet un aéronef comportant un système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques tel que décrit précédemment.
L'invention a aussi pour objet un procédé de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef à l'aide d'un système tel que décrit précédemment.
DESCRIPTION DES FIGURES
La présente invention est illustrée par des exemples non limitatifs sur les figures jointes, dans lesquelles des références identiques indiquent des éléments similaires: La Figure 1 illustre schématiquement une première réalisation possible de l'invention ; 30 La Figure 2 illustre schématiquement une deuxième réalisation possible de l'invention ; La Figure 3 illustre schématiquement une troisième réalisation possible de l'invention ;
La Figure 4 illustre schématiquement une quatrième réalisation possible de l'invention ; et La Figure 5 illustre schématiquement une cinquième réalisation possible de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UNE RÉALISATION DE L'INVENTION
Une réalisation possible de l'invention de même que certaines variations pouvant être apportées à celle-ci sont décrites ci-dessous en faisant référence aux Figures 1 à 5. Ces réalisations de l'invention et de certaines variantes pouvant leur être apportées sont données à titre illustratif et ne doivent en rien limiter la portée de l'invention. D'autres réalisations possibles de l'invention et variations seront apparentes pour la personne versée dans l'art.
Le système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques (1) permet de refroidir au moins un premier groupe d'équipements électriques ou électroniques (2), un second groupe d'équipements électriques ou électroniques (3) et un troisième groupe d'équipements électriques ou électroniques (24). Dans cette réalisation illustrative de l'invention, le premier groupe d'équipements électriques ou électroniques (2) comprend des équipements électroniques des systèmes avioniques d'un avion de transport commercial qui peuvent, par exemple, être regroupés entre eux selon des besoins thermiques similaires dans une première portion de l'aéronef telle que, par exemple, dans une baie ou dans un compartiment. De façon générale, on retrouve parmi ceux-ci les équipements électroniques associés aux systèmes d'instrumentation aéronautique et de communication de l'avion, dont notamment, à titre illustratif, des ordinateurs de bord, des microprocesseurs et calculateurs, des contrôleurs, des dispositifs d'affichage et écrans, des sondes et antennes, etc..
D'autre part, le second groupe d'équipements électriques ou électroniques (3) comprend des composantes électriques ou électromécaniques plus généralement associées au fonctionnement de l'avion dont notamment, toujours à titre illustratif, des centres de distribution électrique, des convertisseurs, des unités de rectification, des disjoncteurs, des actionneurs, des pompes électriques, etc.. Les équipements du second groupe d'équipements électriques ou électroniques (3) peuvent par exemple être regroupés entre eux selon des besoins thermiques similaires dans une seconde portion de l'aéronef telle que, par exemple, dans un compartiment. De plus, le troisième groupe d'équipements électriques ou électroniques (24) comprend des instruments de vol du poste de pilotage de l'aéronef. Les équipements du troisième groupe d'équipements électriques ou électroniques (24) peuvent, par exemple, être regroupés entre eux selon des besoins thermiques similaires dans une troisième portion de l'aéronef telle que, par exemple dans une baie, dans un compartiment ou derrière une planche de bord.
Le système de refroidissement (1) comprend un ensemble de conduits formant un circuit fermé principal (4) dans lequel circule l'air employé à titre de médium caloporteur. Dans les réalisations illustratives représentées aux Figures 1 à 5, l'air circule dans un sens indiqué par les flèches. Ces conduits relient entre eux les différents éléments du système de refroidissement (1). Le circuit (4) dans son ensemble peut être étanche ou semi étanche, c'est-à-dire qu'en opération, il peut laisser s'échapper un volume acceptable d'air du circuit et permettre à un volume acceptable d'air provenant de l'extérieur du circuit de s'y introduire.
Les équipements du premier, du second et du troisième groupe d'équipements électriques ou électroniques (2, 3, 24) peuvent être refroidis de façon directe ou indirecte. Lorsque refroidis de façon directe, l'air refroidi circulant dans le circuit fermé (4) est acheminé à l'entrée d'un compartiment étanche ou semi étanche (non illustré) dans lequel sont regroupés certains équipements électriques ou électroniques à refroidir. La chaleur des équipements électriques ou électroniques est directement transmise à l'air qui circule librement dans le compartiment et auquel ils sont donc directement couplés de façon thermique. L'air ayant emmagasiné la chaleur dégagée par les équipements électriques ou électroniques ressort ensuite par la sortie du compartiment et poursuit sa course dans le circuit fermé principal (4). Chaque compartiment étanche est muni d'un dispositif (non illustré) afin de prévenir une pression trop importante dans le compartiment. Ce dispositif peut être, par exemple, une soupape d'évacuation.
Alternativement, lorsque les équipements électriques ou électroniques sont refroidis de façon indirecte, ils sont couplés de façon thermique à un échangeur thermique également couplé thermiquement avec l'air circulant dans le circuit fermé (4).
La Figure 1 présente une première réalisation de l'invention comportant un échangeur thermique principal (5) qui permet à lui seul de refroidir l'air circulant dans le circuit fermé principal (4). Dans cette réalisation, l'échangeur thermique principal (5) est un évaporateur qui permet de coupler thermiquement l'air circulant dans le circuit principal fermé (4) à un fluide caloporteur circulant dans un second circuit de refroidissement fermé (6), fluidiquement indépendant du circuit fermé principal (4).
Un second échangeur thermique (7) est également couplé thermiquement avec le fluide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (6). Ce second échangeur thermique (7) est un condensateur refroidi par un système à air poussé conventionnel bien connu par la personne versée dans l'art, par exemple un ram air en anglais ( système à air dynamique en français). L'air utilisé pour refroidir le second échangeur thermique (7) peut notamment provenir de l'extérieur de l'avion et être dirigé vers le second échangeur thermique (7) par un système de ventilation approprié.
Le cycle de refroidissement du second circuit de refroidissement fermé indépendant (6) est essentiellement le suivant : l'échangeur thermique principal (5) permet de transmettre la chaleur emmagasinée par l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) au fluide caloporteur du second circuit de refroidissement fermé indépendant (6), lequel est alors évaporé à son état gazeux. Ce fluide caloporteur est acheminé au second échangeur thermique (7), en l'occurrence un condensateur, qui permet de transmettre la chaleur emmagasinée par le fluide caloporteur à l'air utilisé pour refroidir ce second échangeur thermique (7). Le fluide caloporteur refroidi est alors condensé en son état liquide et ré- acheminé vers l'échangeur thermique principal (5) pour à nouveau emmagasiner de la chaleur.
Un système de poussée (8), tel un compresseur, permet au fluide caloporteur à l'état gazeux de circuler de l'échangeur thermique principal (5) vers le second échangeur 30 thermique (7).
Certains éléments permettant une utilisation optimale du circuit fermé principal (4) sont également illustrés à la Figure 1 et décrits ci-dessous.
Un ventilateur (21) permet de faire circuler l'air dans le circuit fermé principal (4). Ce ventilateur (21) est muni d'un système de contrôle qui permet d'en ajuster la poussée en fonction du niveau de refroidissement des équipements électriques ou électroniques (2, 3, 24) recherché. Plus la poussée du ventilateur (21) sera grande, plus la vélocité de l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) sera élevée et plus la chaleur pourra être extraite des équipements électriques ou électroniques (2, 3, 24). Ce système de contrôle est automatisé. Il est relié à un ou plusieurs capteurs (non illustrés) prenant la température de l'air à différents endroits dans le circuit fermé principal (4), dont notamment avant le premier groupe d'équipements électriques ou électroniques (2), avant le second groupe d'équipements électriques ou électroniques (3), et après l'échangeur thermique principal (5).
Afin d'éviter que de la poussière ne se dépose sur les équipements électriques ou électroniques refroidis (2, 3, 24) ou que des particules présentes dans l'air ne les endommage, le circuit fermé principal (4) comprend également un filtre (22), placé avant le ventilateur (20) dans le cycle de circulation de l'air.
Des capteurs permettant de déterminer la pression et la vélocité de l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) placés à différents endroits dans le circuit (4) permettent de détecter toute obstruction ou ouverture dans le circuit. De tels capteurs placés avant et après le filtre (22) pourront indiquer à quel moment le filtre est obstrué.
Les fluctuations de la température de l'air à travers l'ensemble du circuit fermé principal (4) étant susceptibles de créer de la condensation et des particules d'eau pouvant endommager les équipements électriques ou électroniques à refroidir (2, 3, 24) lorsque ceux-ci sont refroidis de façon directe, le circuit fermé principal (4) comprend également un séparateur d'eau (23).
Une valve d'admission (20), reliée à un mélangeur (26) peut laisser entrer l'air d'une source extérieure au circuit fermé principal (4), notamment si le ventilateur (21) cesse de fonctionner. Dans un tel cas, une valve d'échappement (25) s'ouvre alors afin d'évacuer l'air de la cabine d'une source extérieure au circuit fermé principal (4).
Une valve d'échappement (19) peut être utilisée pour permettre l'évacuation de l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) à l'extérieur de l'avion, notamment si cet air devient contaminé, par exemple, par de la fumée dégagée par un équipement électrique ou électronique du premier, du second ou du troisième groupe (2, 3, 24).
La Figure 2 illustre une réalisation de l'invention dans laquelle le premier groupe d'équipements électriques ou électroniques (2), le second groupe d'équipements électriques ou électroniques (3) et le troisième groupe d'équipements électriques ou électroniques (24) sont placés en parallèle dans le circuit fermé principal (4), un échangeur thermique principal (5) permettant à lui seul de refroidir l'air circulant dans le circuit fermé principal (4). Dans cette réalisation, deux circuits de refroidissement fermés indépendants (9, 11), placés en série, sont utilisés pour refroidir l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) à travers l'échangeur thermique principal (5).
Dans cette réalisation de l'invention, l'échangeur thermique principal (5) permet le couplage thermique de l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) et d'un liquide caloporteur circulant dans un second circuit de refroidissement fermé indépendant (9). Un second échangeur thermique (10) permet le couplage thermique de ce liquide caloporteur avec un fluide caloporteur circulant dans un troisième circuit de refroidissement fermé indépendant (11). Un troisième échangeur thermique (14) est couplé thermiquement avec le fluide caloporteur circulant dans le troisième circuit de refroidissement fermé indépendant (11).
Le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) comporte un réservoir de liquide caloporteur (12) permettant de compenser les variations de volume du liquide caloporteur dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) en raison de changement de température ou de fuite. Un système de poussée (13), en l'occurrence une pompe principale et une pompe auxiliaire destinée à prendre le relais en cas de défaillance de la pompe principale, permet de faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit (9).
Le cycle de refroidissement du second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) est essentiellement le suivant : l'échangeur thermique principal (5) permet de transmettre la chaleur emmagasinée par l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) au liquide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9). Ce liquide caloporteur est acheminé au second échangeur thermique (10) qui permet de transmettre la chaleur emmagasinée par le liquide caloporteur au fluide caloporteur circulant dans le troisième circuit de refroidissement fermé indépendant (11). Le liquide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) ainsi refroidi est alors ré-acheminé vers l'échangeur thermique principal (5) pour à nouveau emmagasiner de la chaleur.
Le second échangeur thermique (10) est un évaporateur, le troisième échangeur thermique (14) est un condensateur refroidi par un système à air poussé conventionnel, le fluide caloporteur circulant dans le troisième circuit de refroidissement fermé indépendant (11) est à l'état gazeux entre le second échangeur thermique (10) et le troisième échangeur thermique (14), et à l'état liquide du troisième échangeur thermique (14) au second échangeur thermique (10). Le troisième circuit de refroidissement fermé indépendant (11) est semblable au second circuit de refroidissement fermé indépendant (6) de la première réalisation de l'invention illustrée à la Figure 1. Le troisième circuit de refroidissement fermé indépendant (11) comporte également un compresseur (15).
La Figure 3 illustre une réalisation de l'invention dans laquelle le premier groupe d'équipements électriques ou électroniques (2) et le second groupe d'équipements électriques ou électroniques (3) sont placés en série dans le circuit fermé principal (4) et le troisième groupe d'équipements électriques ou électroniques (24) est placé en parallèle du premier groupe d'équipements électriques ou électroniques (2). Une telle disposition en série permet un rendement optimal du système puisque les équipements du premier et troisième groupes (2, 24) nécessitent d'être maintenus à une température plus basse que ceux du second groupe (3). La température de l'air utilisée pour refroidir les équipements du premier et du troisième groupe (2, 24) peut donc se situer entre approximativement 10°C et 15°C. Cet air, une fois chargé de la chaleur dégagée par les équipements du premier groupe (2) peut être directement dirigé vers les équipements du deuxième groupe (3) qu'il atteindra à une température approximative de 40°C.
La Figure 4 illustre une autre réalisation de l'invention dans laquelle un échangeur thermique secondaire (16) est présent dans le circuit fermé principal (4). Cet échangeur thermique secondaire (16) peut prendre la forme d'un échangeur de peau qui permet de coupler thermiquement l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) à l'air se situant à l'extérieur de l'avion. Cette variation de l'invention permet de refroidir l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) sans nécessiter un apport d'énergie auxiliaire et peut permettre un rendement de refroidissement adéquat pour les fins de la présente invention lorsque, par exemple, l'avion est en altitude ou lorsqu'il est opéré au sol par temps froid.
Toutefois, dans certaines conditions d'opération, par exemple lorsque l'appareil est au sol par temps chaud, un échange thermique entre l'air à l'extérieur de l'avion et l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) peut ne pas être souhaitable puisqu'il pourrait imposer une surcharge de travail à l'échangeur thermique principal (5). Une valve (17) située avant l'échangeur thermique secondaire (16) permet donc de détourner l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) directement vers l'échangeur thermique principal (5) au moyen d'un conduit de dérivation (18). La quantité d'air détournée peut varier en fonction de la température à l'extérieur de l'avion et de la température à laquelle les groupes d'équipements électriques et électroniques (2, 3, 24) doivent être maintenus.
La Figure 5 illustre une autre réalisation de l'invention dans laquelle un échangeur thermique secondaire (16) est présent dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9). Cet échangeur thermique secondaire (16) peut prendre la forme d'un échangeur de peau qui permet de coupler thermiquement le liquide circulant dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) à l'air se situant à l'extérieur de l'avion. Cette variation de l'invention permet de refroidir le liquide circulant dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) sans nécessiter un apport d'énergie auxiliaire et peut permettre un rendement de refroidissement adéquat pour les fins de la présente invention lorsque, par exemple, l'avion est en altitude ou lorsqu'il est opéré au sol par temps froid.
Toutefois, dans certaines conditions d'opération, par exemple lorsque l'appareil est au sol par temps chaud, un échange thermique entre l'air à l'extérieur de l'avion et le liquide circulant dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) peut ne pas être souhaitable puisqu'il pourrait imposer une surcharge de travail au second échangeur thermique (10). Une valve (17) située entre le second échangeur thermique (10) et l'échangeur thermique secondaire (16) permet donc de détourner le liquide circulant dans le second circuit de refroidissement fermé indépendant (9) directement vers l'échangeur thermique principal (5) au moyen d'un conduit de dérivation (18). La quantité de liquide détournée peut varier en fonction de la température à l'extérieur de l'avion et de la température à laquelle les groupes d'équipements électriques et électroniques (2, 3, 24) doivent être maintenus.
Les présentes illustrations de l'invention ne doivent pas être interprétées comme des limitations apportées à celle-ci. Les signes de référence dans les revendications n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes comprendre et comporter n' excluent pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans les revendications. Le mot un précédant un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de tels éléments.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Système de refroidissement à air pour équipements électriques ou électroniques d'un aéronef adapté à refroidir un premier compartiment d'équipements électriques 5 ou électroniques (2) et un second compartiment d'équipements électriques ou électroniques (3), comprenant de l'air circulant dans un circuit fermé principal (4) au moyen d'au moins un ventilateur (21), caractérisé en ce que : - un échangeur thermique principal (5) est adapté à refroidir l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) à une température permettant le refroidissement du premier et du second compartiments d'équipements électriques ou électroniques (2,3) à une température appropriée pour le fonctionnement des équipements se trouvant dans les compartiments lorsque l'aéronef dans lequel le système se trouve est en phase de vol; et - l'échangeur thermique principal (5) est adapté à transmettre la chaleur de l'air refroidie du circuit fermé principal (4) à un fluide caloporteur d'un second circuit de refroidissement fermé (6), le second circuit de refroidissement fermé (6) étant fluidiquement indépendant du circuit fermé principal (4). 20
- 2. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - le premier compartiment d'équipements électriques ou électroniques (2) comprend les systèmes avioniques de l'aéronef, et - le second compartiment d'équipements électriques ou électroniques (3) 25 comprend les équipements électriques de l'aéronef.
- 3. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : 30 - le premier et le second compartiments d'équipements électriques ou électroniques (2,3) sont placés en série dans le circuit fermé principal (4); et - le premier compartiment d'équipements électriques ou électroniques (2) est positionné dans le circuit fermé principal (4) en aval de l'échangeur 17 10 15thermique principal (5) et en amont du second compartiment d'équipements électriques ou électroniques (3).
- 4. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que : - le premier et le second compartiments d'équipements électriques ou électroniques (2,3) sont placés en parallèle dans le circuit fermé principal (4).
- 5. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - le système est également adapté à refroidir un troisième compartiment d'équipements électriques ou électroniques (24) à une température appropriée au fonctionnement des équipements se trouvant dans le troisième compartiment (24); et - le troisième compartiment d'équipements électriques ou électroniques (24) comprend des instruments de vol du poste de pilotage de l'aéronef.
- 6. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - le système comprend également une valve d'admission (20) et au moins une valve d'échappement (19) adaptées à ouvrir le circuit fermé principal (4).
- 7. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - le second circuit de refroidissement fermé (6) comprend un second échangeur thermique (7) adapté à refroidir le fluide caloporteur au moyen d'air ambiant externe; - l'échangeur thermique principal (5) permet l'évaporation du fluide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé (6) 30dans un état gazeux de l'échangeur thermique principal (5) au second échangeur thermique (7); - le second échangeur thermique (7) permet la condensation du fluide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé (6) dans un état liquide jusqu'à l'échangeur thermique principal (5); et - le second circuit de refroidissement (6) comprend au moins un compresseur (8) adapté à faire circuler le fluide caloporteur dans le second circuit de refroidissement fermé (6).
- 8. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que : - le fluide caloporteur du second circuit de refroidissement fermé (9) est un liquide caloporteur; - le second circuit de refroidissement fermé (9) comprend : - un second échangeur thermique (10) couplant thermiquement le liquide caloporteur du second circuit de refroidissement fermé (9) à un fluide caloporteur d'un troisième circuit de refroidissement fermé (11) fluidiquement indépendant du circuit fermé principal (4) et du second circuit de refroidissement fermé (9); - un réservoir du liquide caloporteur (12); et - au moins une pompe (13) adaptée à faire circuler le liquide caloporteur dans le second circuit de refroidissement fermé (9); - le troisième circuit de refroidissement fermé (11) comprend : - un troisième échangeur thermique (14) adapté à refroidir le fluide caloporteur du troisième circuit de refroidissement (11) au moyen d'air ambiant externe; - au moins un compresseur (15) adapté à faire circuler le fluide caloporteur dans le troisième circuit de refroidissement fermé (11); - le second échangeur thermique (10) permet l'évaporation du fluide caloporteur circulant dans le troisième circuit de refroidissement fermé (11) dans un état gazeux du second échangeur thermique (10) au troisième échangeur thermique (14); et 20 25 30- le troisième échangeur thermique (14) permet la condensation du fluide caloporteur circulant dans le troisième circuit de refroidissement fermé (11) dans un état liquide jusqu'au second échangeur thermique (10).
- 9. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système comprend également : - un échangeur thermique secondaire (16) adapté à coupler thermiquement le liquide caloporteur circulant dans le second circuit de refroidissement fermé (9) directement à l'air ambiant externe; - une valve de dérivation (17) placée en amont de l'échangeur thermique secondaire (16) dans le second circuit de refroidissement fermé (9) permettant de bloquer de façon au moins partielle la circulation du fluide vers l'échangeur thermique secondaire (16); et - un conduit de dérivation (18) relie la valve de dérivation (17) au second circuit de refroidissement fermé (9) en aval de l'échangeur thermique secondaire (16).
- 10. Système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système comprend également : - un échangeur thermique secondaire (16), adapté à coupler thermiquement l'air circulant dans le circuit fermé principal (4) directement à l'air ambiant externe; - une valve de dérivation (17) placée en amont de l'échangeur thermique secondaire (16) dans le circuit fermé principal (4) permettant de bloquer de façon au moins partielle la circulation de l'air vers l'échangeur thermique secondaire (16); et - un conduit de dérivation (18) reliant la valve de dérivation (17) au circuit fermé principal (4) en aval de l'échangeur thermique secondaire (16) de façon à permettre à l'air de contourner l'échangeur thermique secondaire (16).
- 11. Aéronef comportant un système de refroidissement d'équipements électriques ou électroniques selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
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