FR2973584A1 - Systeme de conditionnement d'air comprime - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) pour un système de secours de piles à combustible (BZ) d'un aéronef. Ce système (BZ/CSAS) pour la production d'air d'évacuation appauvri en oxygène, comprend au moins une source d'air amené pour l'alimentation du système de conditionnement d'air comprimé en air, la source d'air amené étant formée par au moins une installation de climatisation (ACS1, ACS2) de l'aéronef ou par au moins un système de conditionnement d'air de l'aéronef ou par une combinaison d'au moins une installation de climatisation de l'aéronef et d'au moins un système de conditionnement d'air de l'aéronef ou comprend ceux-ci ou celui-ci. L'invention est applicable notamment dans le domaine de la construction des aéronefs.
Description
La présente invention concerne un système de conditionnement d'air comprimé pour un système de secours de piles à combustible d'un aéronef pour la production d'air d'échappement appauvri en oxygène, comprenant au moins une source d'air amené pour l'alimentation du système de conditionnement d'air comprimé en air. Le système de conditionnement d'air comprimé (Conditioned Service Air System (CSAS)) était nécessaire jusqu'à présent seulement pour le système d'inertisation du réservoir à combustible (Inert Gas Generation System (IGGS)). Il a pour objectif principal de fournir de l'air comprimé à température réglée, propre et exempt d'ozone. Or, pour faire fonctionner une pile à combustible dans un aéronef avec de l'air comme oxydant, également un système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) pour le conditionnement de l'air est requis, qui a pour objectif d'amener de l'air propre à une température dans une plage de température acceptable à la ou aux piles à combustible du système de piles à combustible. En raison de la réduction de la teneur en oxygène de l'air amené par la réaction électrochimique, il se produit à la sortie de cathode de la ou des piles à combustible un mélange avec une part en azote plus élevée (>78% en vol.) . Avec ce gaz inerte peuvent être réalisées maintenant différentes fonctions, comme une fonction de suppression d'incendie ou une fonction d'inertisation temporaire, où de plus de l'énergie utilisable est produite. Ce mode de fonctionnement de la pile à combustible s'écarte du mode de fonctionnement connu jusqu'à présent d'un système d'énergie de secours, qui est amené à fonctionner, indépendamment de l'environnement, avec de l'oxygène pur comme oxydant. Cependant, un tel système peut également être couplé à un système d'énergie de secours de piles à combustible pour pouvoir exécuter additionnellement la fonction de suppression d'incendie et la fonction d'inertisation et analogue.
La présente invention a pour objectif de mettre à disposition un système de conditionnement d'air comprimé pour un système de secours de piles à combustible dans un aéronef qui, en réduisant à un minimum les dépenses, par exemple pas de canal d'air dynamique séparé pour le refroidissement, pas de compresseur séparé, peut être intégré, avec une réduction du poids total, avantageusement dans un aéronef. Cet objectif est atteint conformément à l'invention par un système de conditionnement d'air comprimé du type indiqué au début en ce que la source d'air amené est formée par au moins une installation de climatisation de l'aéronef ou par un système de conditionnement d'air de l'aéronef ou par une combinaison d'au moins une installation de climatisation de l'aéronef et d'au moins un système de conditionnement d'air de l'aéronef ou comprend ceux-ci ou celui-ci. Ainsi, également une combinaison de plusieurs des sources d'air amené précitées pour l'alimentation du système de conditionnement d'air comprimé de l'invention est couverte par l'invention. En cours de fonctionnement, le système de secours de piles à combustible peut émettre de l'air d'échappement de cathode appauvri en oxygène, qui peut être utilisé d'une manière appropriée, par exemple aux fins indiquées au début. La présente invention se rapporte à un système de conditionnement d'air comprimé pour l'alimentation en air d'un système de secours de piles à combustible qui peut comprendre une ou plusieurs piles à combustible. Il ne s'agit donc pas d'un système fonctionnant en permanence, mais d'un système de secours. Dans le cas d'un cas de nécessité ou d'urgence, la au moins une pile à combustible du système de secours de piles à combustible peut être utilisée par exemple pour produire du courant et/ou pour produire du gaz inerte. Le dernier cas est considéré par exemple lorsque, par exemple dans la soute ou à un autre emplacement de l'aéronef, un incendie se produit ou un développement de fumées. Dans ce cas, le système inventif peut être utilisé pour produire de l'air appauvri en oxygène qui est guidé par des moyens appropriés dans les zones concernées. Ce faisant, en raison du fonctionnement de la au moins une pile à combustible, du courant ou du courant de secours est de plus produit qui peut être utilisé à un emplacement approprié. Selon un autre exemple de réalisation de la présente invention, le système de conditionnement d'air comprimé est alimenté en air par un conduit d'alimentation commun à la fois pour un système d'inertisation du réservoir à combustible et pour le système de conditionnement d'air comprimé inventif pour le système de secours de piles à combustible. En d'autres termes, les deux systèmes sont alimentés par un conduit de distribution commun en air amené. Par ce conduit de distribution ou d'alimentation commun, les deux systèmes précités sont reliés directement ou indirectement.
Selon des réalisations avantageuses, l'invention peut également comprendre au moins une des caractéristiques suivantes: - la source d'air amené est formée par au moins une installation de climatisation de l'aéronef, et au moins un conduit est prévu qui est disposé de telle sorte qu'il dérive l'air amené à au moins un emplacement d'au moins une installation de climatisation précitée de l'aéronef, de préférence en aval du ou des échangeurs thermiques d'air dynamique de l'installation de climatisation de l'aéronef et le guide vers le système de conditionnement d'air comprimé, où il est prévu de préférence qu'au moins une installation de climatisation précitée de l'aéronef soit en liaison, côté entrée, avec au moins un système d'air soutiré de l'aéronef; - la source d'air amené, en raison d'une plus grande disponibilité, est formée par au moins deux installations de climatisation de l'aéronef, et au moins deux conduits sont prévus qui sont disposés de telle sorte qu'ils évacuent l'air à chaque fois des installations de climatisation, où au moins deux conduits précités sont réunis en amont du système de conditionnement d'air comprimé en un conduit commun qui guide l'air au système de conditionnement d'air comprimé; - un ou les deux des conduits précités sont pourvus d'au moins une vanne de non-retour pour empêcher des écoulements de court-circuit d'une installation de climatisation à l'autre installation de climatisation de l'aéronef; - pour des motifs de disponibilité, un ou plusieurs autres systèmes de conditionnement d'air comprimé sont prévus qui sont disposés en amont du système de conditionnement d'air comprimé; un ou plusieurs autres systèmes de conditionnement d'air comprimé sont prévus qui sont en liaison avec le conduit d'alimentation commun et qui sont disposés et réalisés de façon que l'air, avant l'amenée au système d'inertisation du réservoir à combustible et/ou au système de conditionnement d'air comprimé pour le système de secours de piles à combustible soit conditionné par un ou plusieurs de ces systèmes de conditionnement d'air comprimé, où est prévu de préférence que chaque autre système de conditionnement d'air comprimé soit pourvu d'au moins une vanne de non-retour, et/ou où est prévu de préférence que dans le cas des autres systèmes de conditionnement d'air comprimé, il s'agit de systèmes de conditionnement d'air comprimé pneumatiques ou électriques; - le conduit d'alimentation commun est un conduit de distribution d'air soutiré et/ou le conduit d'alimentation commun est prévu en amont et/ou en aval de plusieurs autres systèmes de conditionnement d'air comprimé précités. - de l'air est amené au système de conditionnement d'air comprimé par au moins un conduit dans lequel se trouve au moins un compresseur propre; - le système de conditionnement d'air comprimé présente au moins un échangeur de chaleur dans lequel l'air pour le système de secours de piles à combustible peut être soit refroidi soit chauffé, l'échangeur de chaleur étant réalisé de telle sorte que comme puits de chaleur respectivement source de chaleur pour l'échangeur de chaleur, le propre circuit de refroidissement de liquide du système de piles à combustible, un autre circuit de liquide sélectif dans l'aéronef, l'air dynamique ou l'air d'évacuation de la cabine est utilisé, où est prévu de préférence que l'échangeur de chaleur soit intégré dans un canal d'air dynamique existant d'une installation de climatisation de l'aéronef; - le système de conditionnement d'air comprimé, pour le refroidissement de l 'air , présente un refroidisseur par évaporation, où est prévu de préférence qu'un réservoir d'eau soit intégré dans le refroidisseur par évaporation dans lequel l'eau pour le refroidissement de l'air est ou peut être stockée. Selon un exemple de réalisation de la présente invention, il est amené au système de conditionnement d'air comprimé, sans compresseur additionnel, de l'air comme air amené, qui a déjà un niveau de pression correspondant qui suffit pour le fonctionnement du système de piles à combustible. De cette manière, les dépenses et le poids total du système dans l'aéronef peuvent être réduits à un minimum parce que le système de conditionnement d'air comprimé inventif utilise de l'air comprimé et ne requiert pas de compresseur séparé. Cependant, l'invention comprend également l'utilisation d'au moins un compresseur qui amène l'air amené à la pression requise pour le fonctionnement du système de piles à combustible.
Le système de conditionnement d'air comprimé de la présente invention sert au conditionnement de l'air pour le fonctionnement de l'air du système de piles à combustible et est disposé en amont du système de secours de piles à combustible. L'air conditionné dans le système de conditionnement d'air comprimé est guidé vers le système de secours de piles à combustible, où la pile à combustible, en cours de fonctionnement, produit de l'air d'évacuation de cathode appauvri en oxygène. L'air d'évacuation de cathode appauvri en oxygène peut être guidé par un agencement de conduits dans des zones critiques en cas incendie de sorte qu'une teneur en oxygène y est réduite de telle sorte que la probabilité de la survenue d'un incendie est réduite à un minimum.
Selon un mode de réalisation préféré du système de conditionnement d'air comprimé inventif, l'air peut être dérivé en tant que source d'air amené à un emplacement approprié d'au moins une installation de climatisation d'aéronef, où les paramètres de l'air, par exemple la pression, la température et l'humidité, sont idéales pour le système de secours de piles à combustible et peut être amené au système de conditionnement d'air comprimé. De cette manière, l'air amené a déjà la température et le niveau de pression pour le fonctionnement du système de secours de piles à combustible de sorte qu'un compresseur additionnel dans le système de conditionnement d'air comprimé n'est pas requis. Avantageusement, l'air, en raison de la plus grande disponibilité, peut être dérivé de plus d'une installation de climatisation d'aéronef ou d'avion. L'air peut être dérivé de chaque installation de climatisation d'avion et peut être réuni en amont du système de conditionnement d'air comprimé afin d'améliorer la disponibilité de l'air amené.
Avantageusement chaque dérivation ou branchement est pourvu d'une vanne de non-retour pour éviter des écoulements de court-circuit entre les installations de climatisation de l'avion. Cette redondance de l'alimentation en air amené est nécessaire pour assurer le démarrage de l'avion avec une seule installation de climatisation apte à fonctionner étant donné que la fonction d'extinction d'incendie est une fonction essentielle pour le fonctionnement en vol. L'installation de climatisation d'avion peut être également amenée à fonctionner, d'une manière indépendante de l'air soutiré, directement avec de l'énergie électrique.
L'air, avant l'amenée au système d'inertisation du réservoir à combustible et au système de conditionnement d'air comprimé inventif pour le système de secours de piles à combustible peut être conditionné par un ou plusieurs autres systèmes de conditionnement d'air comprimé. Pour augmenter la disponibilité de l'alimentation en air pour le système d'inertisation du réservoir à combustible et le système de conditionnement d'air comprimé inventif pour le système de secours de piles à combustible, une réalisation d'un autre système de conditionnement d'air comprimé redondant est sensée ou utile, où le système de conditionnement d'air comprimé et le système de secours de piles à combustible peuvent être reliés tous les deux côté entrée à un conduit de distribution commun. Les au moins deux autres systèmes de conditionnement d'air comprimé peuvent être reliés, à leur tour, côté entrée à un système d'air soutiré respectivement son conduit de distribution. Chaque sortie de l'autre système de conditionnement d'air comprimé est pourvue de préférence d'une vanne de non-retour pour empêcher des écoulements de court-circuit entre les autres systèmes de conditionnement d'air comprimé. De préférence au moins deux autres systèmes de conditionnement d'air comprimé précités peuvent être reliés l'un à l'autre, côté sortie, par un conduit de liaison commun à partir duquel l'air est guidé vers le système d'inertisation du réservoir à combustible et au système de conditionnement d'air comprimé inventif pour le système de secours de piles à combustible. Au moins un autre système de conditionnement d'air comprimé précité peut être alimenté par exemple par le 5 conduit de distribution de l'air soutiré. Dans l'exemple de réalisation ci-dessus, un compresseur additionnel n'est pas requis dans le système de conditionnement d'air comprimé inventif. De préférence, le système de conditionnement d'air 10 comprimé inventif présente une installation de régulation de la température, par exemple un échangeur thermique dans lequel l'air dans le système de conditionnement d'air comprimé peut être soit refroidi soit chauffé. En outre, avantageusement, une régulation de 15 contournement avec une première vanne de régulation de température peut être prévue pour pouvoir procéder à un réglage fin de la température. Comme puits thermique, respectivement source thermique pour l'échangeur de chaleur, soit le circuit de 20 refroidissement de liquide propre du système de piles à combustible soit un autre circuit de liquide sélectif dans l'aéronef, l'air dynamique ou l'air d'évacuation de la cabine peut être utilisé. Avantageusement, le flux massique du puits de 25 chaleur respectivement de la source de chaleur peut être réglé avec une deuxième vanne de régulation de la température. L'échangeur de chaleur peut également être intégré dans un canal d'air dynamique existant d'une installation 30 de climatisation d'avion, en économisant un canal d'air dynamique séparé. Alternativement à cela, le système de conditionnement d'air comprimé inventif peut utiliser un refroidisseur par évaporation pour le refroidissement de 35 l'air. Etant donné que le système est amené à fonctionner seulement pendant une durée limitée et que l'évaporation de l'eau requiert beaucoup d'énergie, des quantités d'eau relativement petites suffisent pour refroidir l'air amené à une température acceptable pour les piles à combustible. Un effet secondaire positif réside en ce qu'à part le refroidissement, l'air est également humidifié ce qui se répercute sur la sécurité/durée de vie. Lorsque des piles à combustible, en particulier des piles à combustible PEM sont utilisées, il faut accorder une attention particulière au fonctionnement des piles à combustible. Au début du fonctionnement, la pile à combustible est froide et sèche et, de ce fait, elle fonctionne moins bien qu'une pile à combustible chaude et humide. Dans ce cas, pour la puissance ou performance de piles à combustible PEM, la teneur en eau de la membrane joue un grand rôle. De préférence, le système de conditionnement d'air comprimé utilise des refroidisseurs par évaporation pour le refroidissement de l'air. Ce faisant, le système de secours de piles à combustible, déjà au démarrage du système d'énergie, est suffisamment humidifié et peut mettre à disposition une performance élevée déjà au début du fonctionnement. Avantageusement un réservoir à eau est intégré dans le refroidisseur par évaporation dans lequel est stockée l'eau pour le refroidissement de l'air. L'invention concerne en outre un système ou système d'énergie de secours pour un aéronef comprenant au moins un système de conditionnement d'air comprimé et comprenant au moins un système de secours de piles à combustible qui est disposé en aval du système de conditionnement d'air comprimé.
Selon une réalisation avantageuse, le système présente au moins une installation de commande et/ou de régulation ou est en liaison avec une telle installation de commande et/ou de régulation, l'installation de commande et/ou de régulation étant réalisée de façon à faire fonctionner le système de conditionnement d'air comprimé et/ou le système de secours de piles à combustible seulement en régime de secours de l'aéronef et non pas en régime permanent. L'invention se rapporte également à l'utilisation d'au moins un système de conditionnement d'air comprimé du type décrit ci-dessus et/ou d'au moins un système du type décrit ci-dessus pour produire des gaz appauvris en oxygène, où le gaz est utilisé pour supprimer l'incendie et/ou pour l'inertisation d'autres zones plus exposées à des incendies, comme en particulier l'avionique ou l'espace intermédiaire au-dessus du ou des plafonds de cabines d'un aéronef. L'invention se rapporte également à un aéronef qui comprend au moins un système de conditionnement d'air comprimé du type décrit ci-dessus et/ou au moins un système du type décrit ci-dessus. Enfin, la présente invention concerne un procédé de fonctionnement d'un système de secours de piles à combustible d'un aéronef, où le système de secours de piles à combustible est alimenté en air par un système de conditionnement d'air comprimé du type décrit ci-dessus, où il est prévu de préférence que le système de secours de piles à combustible et/ou le système de conditionnement d'air comprimé soit amené à fonctionner exclusivement en régime de secours d'un aéronef et non pas en régime permanent. La présente invention est donc apte à assurer les deux fonctions, à savoir l'énergie de secours respectivement le courant de secours et l'inertisation respectivement la protection contre un incendie. Ce faisant, deux systèmes jusqu'à présent séparés peuvent être remplacés complètement. Un cas d'urgence, dans lequel la présente invention s'applique par exemple, est la génération de feu ou de fumée, par exemple dans la zone de chargement ou à un autre emplacement de l'aéronef ainsi que lors d'une défaillance des réacteurs ou de la perte de l'alimentation électrique principale.
En cas de défaillance des réacteurs ou lors de la perte de l'alimentation électrique principale, le système, en tant que système de courant de secours ou d'énergie de secours peut fournir encore suffisamment d'énergie/courant pour que l'aéronef puisse encore atterrir d'une manière contrôlée. Une autre fonction peut consister en une fonction d'extinction de feu et/ou une fonction de répression de feu, dans laquelle ou dans lesquelles le gaz d'évacuation de cathode de la pile à combustible est utilisé étant donné que par rapport à l'air, il a une teneur en oxygène nettement plus basse étant donné qu'une partie de l'oxygène est consommée dans l'air amené à la pile à combustible.
Comme refroidissement pour la ou les piles à combustible pour le système de secours de piles à combustible, des concepts connus peuvent être utilisés, tels que divulgués par exemple dans les documents WO 2010/066440 A2 et le EP 2 145 824 Al, auxquels on peut se référer. Ce faisant, il peut être prévu que le système de secours de piles à combustible respectivement sa ou ses piles à combustible soit refroidi par au moins un circuit de refroidissement qui comprend au moins un échangeur de chaleur, où l'échangeur de chaleur est relié à au moins un système de répartition d'air de la cabine de l'avion de sorte que lors du fonctionnement du système d'énergie de secours, de l'air d'évacuation chauffé par l'échangeur de chaleur peut être réparti par le système de répartition d'air dans la cabine de l'avion. Un système de refroidissement pour le refroidissement de composants de l'avion respectivement du système d'alimentation en énergie peut être prévu, et le système de secours de piles à combustible respectivement sa ou ses piles à combustible peut ou peuvent être reliées à ce système de refroidissement pour le réglage d'une température de fonctionnement appropriée de la pile à combustible. Dans le système de refroidissement, il peut s'agir d'un système de refroidissement pour le refroidissement des composants électroniques de l'aéronef.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 représente l'alimentation en air amené à partir d'un emplacement sélectif d'une première installation de climatisation d'avion et/ou d'une deuxième installation de climatisation d'avion, - la figure 2 : une alimentation en air amené commune du conduit de distribution d'air soutiré à travers un premier système de conditionnement d'air comprimé et/ou un deuxième système de conditionnement d'air comprimé, - la figure 3 : un mode de réalisation d'un système de conditionnement d'air comprimé inventif avec un compresseur propre, - la figure 4 une vue d'une architecture de système envisageable avec le système de conditionnement d'air comprimé selon l'invention, - la figure 5 : une vue schématique de la régulation de la concentration des gaz d'échappement d'oxygène en utilisant une vanne de maintien de pression de cathode, et - la figure 6 une vue schématique de la régulation de la concentration des gaz d'échappement d'oxygène en utilisant un débitmètre.
La figure 1 représente l'alimentation en air amené d'un système de conditionnement d'air comprimé inventif à partir d'un emplacement sélectif d'une première installation de climatisation d'avion ACS 1 et d'une deuxième installation de climatisation d'avion ACS 2. Chaque installation de climatisation d'avion est pourvue, côté sortie, d'une vanne de non-retour CKV1 et CKV2 pour éviter des écoulements de court-circuit entre ACS 1 et ACS 2. L'air est dérivé à un emplacement approprié des installations de climatisation d'avion ACS 1 et ACS 2, où la pression, la température et l'humidité sont idéales pour le système de secours de piles à combustible BZ, et est réuni en amont du système de conditionnement d'air comprimé BZ/CSAS. Comme cela est encore suggéré sur la figure 1, le refroidissement du ou des échangeurs de chaleur des installations de climatisation a lieu avec de l'air dynamique (RAM). Lors d'une conception correspondante, il est cependant également envisageable d'utiliser l'air d'une seule installation de climatisation d'avion. Comme représenté sur la figure 1, les installations de climatisation d'avion sont alimentées en air soutiré et cela à partir d'un conduit de distribution qui relie deux sources d'air soutiré, à savoir l'air soutiré 1 et l'air soutiré 2. Dans ce conduit de distribution se trouve la vanne CBV passante/non passante. Les installations de climatisation d'avion peuvent être amenées à fonctionner également, d'une manière indépendante de l'air soutiré, directement avec de l'énergie électrique. Dans le mode de réalisation selon la figure 1, le système de conditionnement d'air comprimé inventif ne 30 requiert pas de compresseur additionnel. Le système de conditionnement d'air comprimé inventif est relié, côté sortie, à une ou plusieurs piles à combustible respectivement à au moins un système de secours de piles à combustible BZ, lors du fonctionnement 35 duquel est produit du courant, de l'eau et du gaz inerte. Comme représenté sur la figure 2, à la fois le système de conditionnement d'air comprimé BZ/CSAS et aussi un système d'inertisation du réservoir à combustible IGGS sont alimentés par un conduit de distribution commun en air amené conditionné. Afin d'augmenter la disponibilité de l'alimentation en air pour les deux systèmes, au moins deux autres systèmes de conditionnement d'air comprimé CSAS 1 et CSAS 2 sont prévus dans ce mode de réalisation pour conditionner l'air provenant du conduit de distribution commun. Chaque sortie CSAS est pourvue d'une vanne de non-retour CKV1, CKV2 pour éviter un écoulement de court-circuit entre CSAS 1 et CSAS 2. Le CSAS 1 et le CSAS 2 peuvent être alimentés par le conduit de distribution d'air soutiré, comme représenté sur la figure 2. Dans le cas des CSAS 1 et CSAS 2, il peut s'agir de systèmes pneumatiques ou électriques. Ainsi, un conduit de distribution respectivement d'alimentation peut être prévu en amont du CSAS 1 et du CSAS 2, qui est formé sur la figure 2 par le conduit de distribution d'air soutiré et/ou peut être prévu en aval du CSAS 1 et du CSAS 2, qui est disposé sur la figure 2 directement en amont du BZ/CSAS et du IGGS et qui alimente ces systèmes en air. Dans le mode de réalisation selon la figure 2, un compresseur additionnel dans le système de conditionnement d'air comprimé inventif n'est pas requis bien qu'un tel mode de réalisation soit également envisageable et soit couvert par l'invention. Comme mentionné ci-dessus, par principe de l'air d'un emplacement sélectif de l'installation de climatisation d'avion (figure 1) ou d'un conduit d'alimentation de CSAS commun pour le système d'inertisation du réservoir à combustible et le système de conditionnement d'air comprimé inventif (figure 2) peut être amené au système de conditionnement d'air comprimé.
La figure 3 représente le mode de réalisation pour un système de conditionnement d'air comprimé inventif avec un compresseur propre. Dans ce mode de réalisation, la source d'air amené a un niveau de pression trop bas pour le fonctionnement BZ. Le système de conditionnement d'air comprimé est alors alimenté en air au moyen d'un compresseur propre. Selon la figure 3, l'air s'écoule à travers un filtre fin optionnel et est compressé ensuite dans un compresseur. Le moteur du compresseur peut obtenir son énergie soit d'une manière interne du système de piles à combustible (électrique) ou également de manière externe des formes d'énergie disponibles de l'aéronef (électrique, hydraulique ou pneumatique). Ensuite, l'air s'écoule sur un convertisseur d'ozone optionnel (03) (omis de préférence lors d'une alimentation en air amené de la cabine). Dans l'échangeur thermique suivant, la température de l'air est réglée. Comme puits de chaleur, respectivement comme source de chaleur pour l'échangeur thermique, soit le circuit de refroidissement de liquide du système de secours de piles à combustible, soit un autre circuit de liquide sélectif dans l'aéronef, l'air dynamique ou l'air d'échappement de la cabine peut être utilisé. Pour pouvoir exécuter un réglage fin de la température, on exécute ici un réglage de dérivation avec une vanne de réglage de température TCV 1. Le flux massique du puits de chaleur respectivement de la source de chaleur pour l'échangeur thermique est réglé avec TCV 2. La figure 4 représente les caractéristiques de l'architecture d'un système de secours de piles à combustible pour l'utilisation dans l'avion comme installation de courant de secours et d'extinction d'incendie respectivement suppression d'incendie. Comme cela ressort de la figure 4, le terme "conditionnement d'air" caractérise le système de conditionnement d'air comprimé inventif qui est utilisé en régime de secours. Le conduit d'évacuation de ce système débouche dans une vanne à voies multiples par laquelle, alternativement, la pile à combustible peut être amenée à fonctionner avec de l'oxygène pur d'une bouteille de gaz comprimé ou analogue. Cela a lieu par exemple lorsqu'un courant de secours est requis, cependant l'inertisation n'est pas nécessaire. Depuis la vanne à voies multiples, un conduit mène au côté de la cathode de la pile à combustible. Par celui-ci, la pile à combustible, selon la position de la vanne à voies multiples, est amenée à fonctionner avec de l'oxygène pur ou avec de l'air conditionné. Au côté anode de la pile à combustible est amené de l'hydrogène d'une bouteille de gaz comprimé ou analogue. En aval du côté anode ainsi que du côté cathode est disposé à chaque fois une vanne de vidange (vanne de purge). De plus, en aval du côté cathode, une vanne de maintien de pression est disposée à partir de laquelle l'air appauvri en oxygène est amené à la zone à inertiser. Comme cela ressort en outre de la figure 4, lors du fonctionnement de la pile à combustible maintenue au moyen d'un refroidissement à une température de fonctionnement appropriée, du courant est produit qui est amené par un convertisseur de tension électronique à l'utilisateur respectivement au réseau de l'aéronef. Dans des cas où le système de secours de piles à combustible doit faire entrer de l'air appauvri en oxygène dans une zone ou espace à inertiser, la concentration d'oxygène devrait être surveillée et réglée. Une possibilité est d'utiliser à cette fin la vanne de maintien de pression nécessaire de la cathode, qui est disposée en aval de la cathode de la pile à combustible, en même temps aussi pour la régulation de l'oxygène. Comme signal réel pour la régulation, on utilise la concentration d'oxygène mesurée du capteur d'oxygène présent dans le conduit de gaz d'échappement de cathode. Par des levées de soupape correspondantes, la perméance de la vanne peut exécuter à la fois la fonction de purge (grande levée, ouverture complète) et la fonction de régulation de la concentration d'oxygène (petite levée de vanne). Un tel agencement est représenté d'une manière exemplaire sur la figure 5, où le terme "alimentation en air" désigne l'air qui provient du système de conditionnement d'air comprimé inventif. Enfin, la figure 6 représente un système dans lequel est réalisée une autre possibilité pour régler la concentration de l'oxygène. La quantité d'air qui afflue dans la pile à combustible est mesurée et, d'une manière correspondante, la production du courant est réglée, donc le taux et la concentration.
Enfin, il faut attirer l'attention sur le fait que le refroidissement de la ou des piles à combustible respectivement du système de secours de piles à combustible, qui réunit les fonctions de la génération du courant et de l'inertisation, peut être réalisé d'une manière identique à un système de courant de secours pur. On renvoie à ce sujet à titre d'exemple au WO 2010/066440 A2 et au EP 2 145 824 Al, auxquels on peut se référer.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) pour un système de secours de piles à combustible (BZ) d'un aéronef pour la production d'air d'échappement appauvri en oxygène, comprenant au moins une source d'air amené pour l'alimentation du système de conditionnement d'air comprimé (BS/CSAS) en air, caractérisé en ce que la source d'air amené est formée par au moins une installation de climatisation (ACS1; ACS2) de l'aéronef ou par au moins un système de conditionnement d'air (CSAS1; CSAS2) de l'aéronef ou par une combinaison d'au moins une installation de climatisation (ACS1; ACS2) de l'aéronef et d'au moins un système de conditionnement d'air (CSAS1; CSAS2) de l'aéronef ou comprend ceux-ci ou celui-ci.
- 2. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un conduit d'alimentation commun pour l'air amené pour le système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) ainsi que pour l'air amené pour un système d'inertisation de cuve de combustible (IGGS).
- 3. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source d'air amené est formée par au moins une installation de climatisation (ACS1; ACS2) de l'aéronef, et en ce qu'au moins un conduit est prévu qui est disposé de telle sorte qu'il dérive l'air amené à au moins un emplacement d'au moins une installation de climatisation précitée (ACS1; ACS2) de l'aéronef, de préférence en aval du ou des échangeurs thermiques d'air dynamique de l'installation de climatisation (ACS1; ACS2) de l'aéronef et le guide vers le système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS), où il est prévu de préférence qu'au moins une installation de climatisation précitée (ACS1; ACS2) de l'aéronef soit en liaison, côté entrée, avec au moins unsystème d'air soutiré (air soutiré 1; air soutiré 2) de l'aéronef.
- 4. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la source d'air amené, en raison d'une plus grande disponibilité, est formée par au moins deux installations de climatisation (ACS1; ACS2) de l'aéronef, et en ce qu'au moins deux conduits sont prévus qui sont disposés de telle sorte qu'ils évacuent l'air à chaque fois des installations de climatisation (ACS1; ACS2), où au moins deux conduits précités sont réunis en amont du système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) en un conduit commun qui guide l'air au système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS).
- 5. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un ou les deux des conduits précités sont pourvus d'au moins une vanne de non-retour (CKVl; CKV2) pour empêcher des écoulements de court-circuit d'une installation de climatisation (ACS1; ACS2) à l'autre installation de climatisation (ACS1; ACS2) de l'aéronef.
- 6. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour des motifs de disponibilité, un ou plusieurs autres systèmes de conditionnement d'air comprimé (CSAS1, CSAS2) sont prévus qui sont disposés en amont du système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS).
- 7. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs autres systèmes de conditionnement d'air comprimé (CSAS 1, CSAS 2) sont prévus qui sont en liaison avec le conduit d'alimentation commun et qui sont disposés et réalisés de façon que l'air, avant l'amenée au système d'inertisation du réservoir à combustible (IGGS) et/ou au système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) pour le systèmede secours de piles à combustible (BZ) soit conditionné par un ou plusieurs de ces systèmes de conditionnement d'air comprimé (CSAS 1, CSAS 2), où est prévu de préférence que chaque autre système de conditionnement d'air comprimé (CSAS 1, CSAS 2) soit pourvu d'au moins une vanne de non-retour (CKVl; CKV2), et/ou où est prévu de préférence que dans le cas des autres systèmes de conditionnement d'air comprimé (CSAS 1, CSAS 2), il s'agit de systèmes de conditionnement d'air comprimé pneumatiques ou électriques (CSAS 1, CSAS 2).
- 8. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation commun est un conduit de distribution d'air soutiré et/ou en ce que le conduit d'alimentation commun est prévu en amont et/ou en aval de plusieurs autres systèmes de conditionnement d'air comprimé précités (CSAS 1, CSAS 2).
- 9. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que de l'air est amené au système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) par au moins un conduit dans lequel se trouve au moins un compresseur propre.
- 10. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) présente au moins un échangeur de chaleur (WÜ) dans lequel l'air pour le système de secours de piles à combustible (BZ) peut être soit refroidi soit chauffé, l'échangeur de chaleur (WÜ) étant réalisé de telle sorte que comme puits de chaleur respectivement source de chaleur pour l'échangeur de chaleur (WÜ), le propre circuit de refroidissement de liquide du système de piles à combustible (BZ), un autre circuit de liquide sélectif dans l'aéronef, l'air dynamique ou l'air d'évacuation de la cabine est utilisé, où est prévu de préférence que l'échangeur de chaleur (WÜ) soit intégrédans un canal d'air dynamique existant d'une installation de climatisation de l'aéronef.
- 11. Système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de conditionnement d'air comprimé, pour le refroidissement de l'air, présente un refroidisseur par évaporation, où est prévu de préférence qu'un réservoir d'eau soit intégré dans le refroidisseur par évaporation dans lequel l'eau pour le refroidissement de l'air est ou peut être stockée.
- 12. Système comprenant au moins un système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un système de secours de piles à combustible (BZ) qui est disposé en aval du système de conditionnement d'air comprimé (CSAS).
- 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le système présente au moins une installation de commande et/ou de régulation ou est en liaison avec une telle installation de commande et/ou de régulation, l'installation de commande et/ou de régulation étant réalisée de façon à faire fonctionner le système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) et/ou le système de secours de piles à combustible (BZ) seulement en régime de secours de l'aéronef et non pas en régime permanent.
- 14. Utilisation d'au moins un système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications 1 à 11, et/ou d'au moins un système selon la revendication 12 ou 13 pour la production de gaz appauvri en oxygène, caractérisée en ce que le gaz est utilisé dans le but de la suppression du feu et/ou pour l'inertisation d'autres zones critiques en cas d'incendie, comme par exemple l'avionique ou l'espace intermédiaire au-dessus du ou des plafonds de cabine d'un aéronef.
- 15. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un système de conditionnement d'air comprimé (CSAS) selon l'une des revendications 1 à 11 et/ou au moins un système selon l'une des revendications 12 ou 13.
- 16. Procédé de fonctionnement d'un système de secours de piles à combustible (BZ) d'un aéronef, le système de secours de piles à combustible (BZ) étant alimenté en air par un système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est prévu de préférence que le système de secours de piles à combustible (BZ) et/ou le système de conditionnement d'air comprimé (BZ/CSAS) soit amené à fonctionner exclusivement en régime de secours d'un aéronef et non pas en régime permanent.
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