FR2986905A1 - Procede de refroidissement de composants electroniques dans un turboreacteur d'aeronef - Google Patents

Procede de refroidissement de composants electroniques dans un turboreacteur d'aeronef Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de refroidissement de composants électroniques (110) présents dans un turboréacteur (101) d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte les différentes étapes consistant à : - disposer un premier capteur (107) dans une première zone (105) du turboréacteur ; - disposer un deuxième capteur (108) dans une deuxième zone (106) du turboréacteur (101), la première zone (105) et la deuxième zone (106) présentant entre elles un gradient de température ; - générer, à partir du premier capteur (107) et du deuxième capteur (108), de l'électricité par effet Seebeck ; - provoquer un refroidissement des composants électroniques (110) par effet Peltier, en utilisant l'électricité générée par effet Seebeck.

Description

PROCEDE DE REFROIDISSEMENT DE COMPOSANTS ELECTRONIQUES DANS UN TURBOREACTEUR D'AERONEF. DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de refroidissement de composants électroniques dans un turboréacteur d'aéronef. Le domaine technique de l'invention est, d'une façon générale, celui des moteurs d'aéronef, et plus particulièrement celui de la protection des composants électroniques présents dans de tels moteurs.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne essentiellement les calculateurs de turboréacteurs, mais elle peut être mise en oeuvre pour tout boîtier électronique présent dans les turboréacteurs d'aéronefs. De tels boîtiers électroniques sont par exemple des éléments qui réunissent un calculateur de régulation et un système de protection de survitesse, dont le fonctionnement est le suivant : le calculateur de régulation a pour fonction de réguler la vitesse du turboréacteur ; or une défaillance du calculateur de régulation peut entraîner une survitesse. C'est pourquoi il est nécessaire d'installer dans de tels boîtiers également un système de protection survitesse. Le système de protection survitesse comporte alors typiquement un 20 organe électronique associé à un organe hydromécanique. L'organe électronique mesure la vitesse de rotation du rotor. Si l'organe électronique détecte une survitesse, il commande alors l'organe hydromécanique, qui coupe le carburant. On comprend ainsi bien le caractère stratégique de ces boîtiers électroniques, et la nécessité de préserver leur fonctionnement optimal. Aussi, afin 25 de garantir un fonctionnement idéal de tels boîtiers, il est indispensable d'assurer un refroidissement approprié de ces boîtiers électroniques, quelles que soient les conditions de fonctionnement du turboréacteur auquel ils appartiennent. Des difficultés nouvelles apparaissent progressivement pour la mise en oeuvre des procédés de refroidissement des boîtiers électroniques au sein des 30 turboréacteur, ces nouvelles difficultés étant liées à la modification de la structure de certains turboréacteurs, et/ou aux exigences des clients.
Ainsi, par exemple, dans le compartiment soufflante ("fan" en langue anglaise) de certains turboréacteurs apparaît une problématique d'espace disponible pour assurer le refroidissement des boîtiers électroniques. Cette problématique naissante fait suite à une augmentation du diamètre de la soufflante dans un volume global de turboréacteur limité, la hauteur sous capot étant désormais réduite pour mettre en place les systèmes de refroidissement. Ensuite, de nouvelles exigences en termes de performance apparaissent, ces exigences nécessitant l'introduction de systèmes de ventilation, de refroidissement, quasiment transparents en termes de consommation de 10 carburant. Certaines solutions ont déjà été proposées dans ce contexte pour assurer une ventilation, un refroidissement, des boitiers électroniques, notamment lorsque l'aéronef considéré est à l'arrêt au sol. Une première solution réside dans un système de ventilation avec 15 prélèvement interne en amont de la soufflante et une sortie en ligne externe. Un tel système utilise des différences de pression pour faire circuler l'air de l'externe vers l'interne lorsque l'aéronef est à l'arrêt, puis de l'externe vers l'interne lorsque l'aéronef est en mouvement. Mais ce système est complexe à installer, occupe un espace significatif et présente une masse non négligeable. Il consomme par 20 ailleurs de l'air de manière continue, ce qui a évidemment un impact néfaste sur les performances aérodynamiques du turboréacteur. Une deuxième solution envisagée réside dans un système de ventilation avec entrée et sortie sur la ligne externe de la nacelle, associé à un éducteur pour assurer une ventilation lorsque l'avion est à l'arrêt. Ces systèmes sont complexes, 25 lourds et excessivement bruyants. Une troisième solution réside dans un système de ventilation utilisant un ventilateur électrique. Là encore, ce système est complexe à installer, occupe un espace significatif et présente une masse non négligeable. 30 Les solutions existantes présentent ainsi toutes des inconvénients importants. Or, à l'avenir, les problèmes de ventilation des boîtiers électroniques vont inévitablement devenir de plus en plus importants, car les moteurs dans lesquels ils sont installés sont de plus en plus compacts et les boîtiers électroniques génèrent de plus de plus de puissances. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'objet de l'invention offre une solution aux problèmes qui viennent d'être exposés, en proposant un procédé de refroidissements de composants électroniques présents au sein d'un turboréacteur qui ne soit ni complexe d'installation, ni encombrant, ni lourd, mais qui utilise la présence permanente de gradients de température dans les moteurs considérés. A cet effet, le procédé 10 selon l'invention propose une utilisation successive de deux effets thermoélectriques connus sous les appellations "effet Peltier" et "effet Seebeck". On rappelle ici que l'effet Peltier est un phénomène physique de déplacement de chaleur en présence d'un courant électrique. Il est actuellement utilisé pour les glacières ou les systèmes de réfrigération dans les domaines 15 spatiaux et militaires, là où précision et fiabilité sont exigées. L'effet Peltier se produit dans des matériaux conducteurs de natures différentes liés par des jonctions, ou contacts. On rappelle par ailleurs que l'effet Seebeck est un effet thermoélectrique inverse de l'effet Peltier. L'effet Seebeck est un phénomène selon lequel une 20 différence de température induit une différence de potentiel électrique. Cet effet est ainsi à la base de la génération d'électricité par effet thermoélectrique. Ainsi, dans l'invention, on propose d'utiliser les gradients thermiques naturellement présents dans les moteurs pour générer de l'électricité par effet Seebeck, puis d'utiliser cette électricité pour réfrigérer des boîtiers électroniques 25 par effet Peltier. L'invention concerne ainsi essentiellement un procédé de refroidissement de composants électroniques présents dans un turboréacteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte les différentes étapes consistant à : - disposer un premier capteur dans une première zone (105) du 30 turboréacteur ; - disposer un deuxième capteur dans une deuxième zone du turboréacteur, la première zone et la deuxième zone présentant entre elles un gradient de température ; - générer, à partir du premier capteur et du deuxième capteur, de l'électricité par effet Seebeck ; - provoquer un refroidissement des composants électroniques par effet Peltier, en utilisant l'électricité générée par effet Seebeck. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles : - le procédé comporte l'étape supplémentaire consistant à stocker l'énergie électrique, générée par effet Seebeck, dans un module apte à stocker de l'énergie électrique, l'énergie électrique ainsi stockée étant alors utilisée pour provoquer le refroidissement des composants électroniques par effet Peltier. - le gradient de température présent entre la première zone et la deuxième zone du turboréacteur est un gradient de température axial. - la première zone est une zone comportant une turbine du turboréacteur, et 20 la deuxième zone est une zone comportant un ompresseur du turboréacteur. - le gradient de température présent entre la première zone et la deuxième zone du turboréacteur est un gradient de température vertical. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen de la figure qui l'accompagne. 25 BREVE DESCRIPTION DE LA FIGURE La figure unique n'est présentée qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. 2 986 905 5 Elle montre une représentation symbolique d'un turboréacteur équipé de composants électronique au niveau duquel on met en oeuvre le procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE 5 L'INVENTION La figure 1 montre une représentation schématique d'un turboréacteur 101 qui, comporte successivement, de manière simplifiée, un compresseur 102, une chambre de compression 103 au niveau de laquelle l'air circulant est augmenté en température lorsque le turboréacteur 101 est en fonctionnement, et une turbine 10 104. Le turboréacteur 101 est également équipé d'un boîtier 110, par exemple de type boîtier FADEC, comportant un ensemble de composants électroniques à refroidir. Une fois qu'il a été mis en fonctionnement, le turboréacteur présente de manière systématique des premières zones 105 présentant une température 15 nettement supérieures à celles de deuxièmes zones 106, du fait essentiellement du réchauffement du flux d'air circulant dans le turboréacteur 101 ; la coexistence des zones chaudes 105 et des zones froides 106 crée ainsi un gradient de température axial, c'est-à-dire un gradient de température orienté dans le sens de circulation de l'air au sein du turboréacteur 101.
Dans l'invention, on propose de profiter avantageusement de l'existence naturelle de ce gradient de température pour, par effet Seebeck, et grâce à la présence d'un premier capteur 107 disposée dans les zones chaudes 105, et d'un deuxième capteur 108, disposé dans les zones froides 106, générer, au sein d'un module 109 apte à stocker de l'énergie électrique, de l'électricité. L'électricité ainsi générée est alors utilisée pour refroidir, par effet Peltier, le boîtier 110 contenant des composants électroniques. Le module 109 est relié par des fils électriquement conducteurs 111 aux capteurs 107 et 108. Le module 109 est par ailleurs relié par des fils électriquement conducteurs à des cellules 113, dites cellules Peltier, aptes à refroidir le boîtier 110.
Avantageusement, dans l'invention, on propose également de tirer profit de l'existence d'un gradient de température vertical, qui apparaît dès que le turboréacteur a été mise en fonctionnement, mais qui perdure également lorsqu'elle est arrêtée ; l'utilisation de capteurs placés de manière appropriée permet là encore de profiter avantageusement de l'existence naturelle de ce gradient de température pour, par effet Seebeck, générer, au sein du module 109 apte à stocker de l'énergie électrique, de l'électricité. L'électricité ainsi générée est là aussi utilisée pour refroidir, par effet Peltier, le boîtier 110 contenant des composants électroniques. Le procédé selon l'invention est ainsi mis en oeuvre sans un quelconque prélèvement d'air pour refroidir les composants électroniques, ce qui permet de ne pas impacter les performances aérodynamiques du turboréacteur. Il peut par ailleurs également fonctionner même lorsque l'avion est à l'arrêt car les gradients de températures décrits restent présents un certain temps ; il peut enfin être mis en oeuvre, en utilisant les gradients de température verticaux, quand le moteur est à l'arrêt. L'utilisation simultanée des effets Peltier et Seebeck permet ainsi d'aboutir à la mise en oeuvre d'un procédé autonome, qui n'a besoin ni de ventilation extérieure, ni d'un apport quelconque en énergie autre que celui fourni par l'existence des gradients de température.20

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1 - Procédé de refroidissement de composants électroniques (110) présents dans un turboréacteur (101) d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte les différentes étapes consistant à : - disposer un premier capteur (107) dans une première zone (105) du turboréacteur ; - disposer un deuxième capteur (108) dans une deuxième zone (106) du turboréacteur (101), la première zone (105) et la deuxième zone (106) présentant entre elles un gradient de température ; - générer, à partir du premier capteur (107) et du deuxième capteur (108), de l'électricité par effet Seebeck ; - provoquer un refroidissement des composants électroniques (110) par effet Peltier, en utilisant l'électricité générée par effet Seebeck.
  2. 2 - Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte l'étape supplémentaire consistant à stocker l'énergie électrique, générée par effet Seebeck, dans un module (109) apte à stocker de l'énergie électrique, l'énergie électrique ainsi stockée étant alors utilisée pour provoquer le refroidissement des composants électroniques (110) par effet Peltier.
  3. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le gradient de température présent entre la première zone (105) et la deuxième zone (106) du turboréacteur (101) est un gradient de température axial.
  4. 4- Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la 25 première zone (105) est une zone comportant une turbine (104) du turboréacteur(101), et en ce que la deuxième zone (106) est une zone comportant un compresseur (102) du turboréacteur (101).
  5. 5- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le gradient de température présent entre la première zone et la deuxième zone du turboréacteur (101) est un gradient de température vertical.
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