FR3007790A1 - Groupe turbopropulseur d'aeronef comprenant un circuit de recuperation et de conversion d'energie thermique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un groupe turbopropulseur d'aéronef comprenant un circuit (30) de récupération et de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique. Le circuit comprend un réservoir (32) stockant un fluide de travail, un évaporateur (38), un détendeur (40) et un condenseur (44). Le fluide est chauffé avant d'entrer dans l'évaporateur par échange thermique avec une ou plusieurs sources chaudes secondaires (36). Le détendeur comprend une turbine (40a) couplée à un arbre de sortie (40b) et qui récupère une partie de l'énergie thermique de détente pour la transformer en énergie mécanique de rotation de l'arbre. L'énergie mécanique récupérée permet ainsi de réduire la consommation en carburant du groupe turbopropulseur.

Description

GROUPE TURBOPROPULSEUR D'AERONEF COMPRENANT UN CIRCUIT DE RECUPERATION ET DE CONVERSION D'ENERGIE THERMIQUE L'invention concerne un groupe turbopropulseur d'aéronef comprenant 5 un circuit de récupération et de conversion de l'énergie thermique produite lors du fonctionnement du groupe turbopropulseur, tel un turboréacteur d'aéronef. Dans un groupe turbopropulseur d'aéronef, des températures élevées sont mises en jeu dans différentes pièces ou éléments du groupe 10 turbopropulseur lors de la génération des gaz chauds de combustion qui constituent le flux primaire du groupe turbopropulseur. Ces pièces ou éléments doivent être refroidis par des composants refroidisseurs adaptés. Ces composants adaptés utilisent le flux secondaire du groupe turbopropulseur, c'est-à-dire l'air de la soufflante qui n'est pas utilisé 15 pour la combustion, pour refroidir les pièces ou éléments chauds. Or , l'air de la soufflante, réchauffé par son passage dans les composants refroidisseurs est évacué en même temps que le flux primaire, au niveau de la tuyère du groupe turbopropulseur. Ainsi, actuellement, l'énergie thermique produite par le groupe turbopropulseur est en totalité perdue. 20 Au vu des contraintes actuelles sur la consommation en carburant des aéronefs, il serait intéressant de pouvoir récupérer l'énergie thermique produite lors du fonctionnement d'un groupe turbopropulseur d'aéronef afin de la réutiliser pour d'autres systèmes. L'invention a ainsi pour premier objet un groupe turbopropulseur 25 d'aéronef comprenant un circuit de récupération et de conversion de l'énergie thermique produite par le groupe turbopropulseur, le circuit de récupération et de conversion d'énergie comprenant : -un réservoir contenant un fluide de travail à l'état liquide, ledit fluide étant apte à changer d'état et circulant dans ledit circuit de récupération 30 et de conversion d'énergie, -au moins un moyen de mise sous pression dudit fluide (exemple : Pompe) ; -au moins un évaporateur dans lequel ledit fluide à l'état liquide s'évapore par échange thermique avec un flux primaire du groupe turbopropulseur, ledit flux primaire constituant une source chaude primaire, -au moins un détendeur dans lequel ledit fluide à l'état gazeux à haute pression se détend, ledit au moins un détendeur comprenant au moins une turbine couplée à un arbre de sortie, le détendeur récupérant au moins une partie de l'énergie potentielle du fluide pour la convertir en énergie mécanique (couple) de rotation dudit arbre de sortie, -au moins un condenseur dans lequel ledit fluide à l'état gazeux à basse pression se condense pour se liquéfier par échange thermique avec au moins une source froide, -au moins une source chaude secondaire au contact de laquelle ledit fluide à l'état liquide s'échauffe par échange thermique avant de parvenir audit au moins un évaporateur. L'invention permet ainsi de récupérer, lors de la détente, au moins une partie de l'énergie potentielle du fluide et de la convertir en énergie cinétique (couple de l'arbre de sortie) qui peut être réutilisée dans le groupe turbopropulseur. Le couple mécanique de l'arbre de sortie peut être récupéré dans différents dispositifs du groupe turbopropulseur et, ainsi, il est possible de réduire la consommation de carburant du groupe turbopropulseur On notera que le fluide de travail qui parcourt le circuit décrit un cycle dans la famille des cycles de Rankine. On notera également qu'une source chaude secondaire est une source de chaleur qui n'a pas une température suffisamment élevée ou une énergie suffisante pour permettre l'établissement d'un cycle thermodynamique avec un rendement acceptable. En d'autres termes, une telle source chaude ne permet généralement pas, à elle seule, de provoquer l'évaporation d'un fluide. L'utilisation d'au moins une source chaude secondaire (distincte de la 30 source chaude primaire formée par le flux primaire) en amont dudit au moins un évaporateur permet d'élever préalablement la température du fluide. Ainsi, le fluide liquide arrive chaud à l'évaporateur, avec une température proche de celle à laquelle il va changer d'état. De cette manière, l'évaporateur utilise plus efficacement le flux primaire de combustion dont la chaleur sert principalement, voire quasi-uniquement à provoquer l'évaporation du fluide liquide. Un gain de temps est ainsi obtenu à l'évaporateur. Par ailleurs, l'utilisation d'au moins une source chaude secondaire pour réchauffer le fluide permet de ce fait d'abaisser la température de ladite au moins une source chaude. Dans certains cas, ce refroidissement permet de diminuer les dimensions du circuit de refroidissement spécifique de ladite au moins une source chaude ou d'avoir recours à certains matériaux spécifiques onéreux. L'utilisation d'au moins une source chaude secondaire permet également d'apporter de l'énergie additionnelle au cycle de récupération d'énergie du groupe turbopropulseur et donc d'améliorer sa puissance.

Selon d'autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison l'une avec l'autre : -ladite au moins une source chaude secondaire comprend au moins l'une des sources chaudes suivantes du groupe turbopropulseur : l'échangeur thermique air-huile (ACOC), l'interface entre la partie arrière du moteur et le mât d'attache du moteur, le carénage arrière du mât d'attache du moteur (APF) ; -le circuit de récupération d'énergie comprend au moins un échangeur thermique, appelé économiseur, disposé entre ledit au moins un détendeur et ledit au moins un condenseur et entre ledit au moins un condenseur et ladite au moins une source chaude secondaire ; l'économiseur est utilisé afin de refroidir ledit fluide à l'état gazeux par échange thermique avec ledit fluide à l'état liquide ; - l'arbre de sortie dudit au moins un détendeur est couplé à un alternateur ou à une boîte de transmission ; -ladite au moins une source froide comprend un flux secondaire du groupe turbopropulseur ; Un deuxième objet de l'invention vise un aéronef qui comprend au moins un groupe turbopropulseur d'aéronef conforme au bref exposé qui précède. Un troisième objet de l'invention vise un procédé de récupération et de 5 conversion de l'énergie thermique d'un groupe turbopropulseur d'aéronef en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend : - la mise en circulation et la mise en pression d'un fluide de travail dans un circuit de récupération et de conversion d'énergie du groupe turbopropulseur, ledit fluide étant apte à changer d'état, 10 -l'évaporation dudit fluide à l'état liquide par échange thermique avec un flux primaire du groupe turbopropulseur, ledit flux primaire constituant une source chaude afin d'obtenir ledit fluide à l'état gazeux à haute pression, -la détente dudit fluide à l'état de gaz haute pression afin d'obtenir ledit 15 fluide à l'état de fluide basse pression, la détente permettant de transformer au moins une partie de l'énergie potentielle dudit fluide à l'état de gaz haute pression en énergie cinétique, -la condensation dudit fluide à l'état de gaz basse pression par échange thermique avec au moins une source froide afin d'obtenir ledit fluide à 20 l'état liquide, -l'augmentation de la température dudit fluide à l'état liquide par échange thermique avec au moins une source chaude secondaire avant l'évaporation dudit fluide. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la 25 description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est une vue schématique générale d'un aéronef selon un mode de réalisation de l'invention ; -la figure 2 est une vue schématique générale de principe d'un circuit 30 de récupération d'énergie dans un groupe turbopropulseur d'aéronef, -la figure 3 est une vue schématique agrandie d'un des groupes turbopropulseurs d'aéronef de la figure 1 intégrant un circuit de récupération d'énergie selon un mode de réalisation de l'invention ; -la figure 3a est une vue schématique partielle agrandie du détendeur 40 de la figure 3 ; -les figures 4a et 4b sont des vues schématiques montrant différentes utilisations possibles de l'énergie de détente produite au détendeur du circuit de la figure 3. Comme représenté de façon schématique à la figure 1 et désigné par 10 la référence générale notée 10, un aéronef selon un mode de réalisation de l'invention comporte deux ensembles propulsifs 12, 14. Chaque ensemble propulsif 12, 14 comprend une nacelle de réacteur respective 16, 18 et un groupe turbopropulseur interne à la nacelle et non visible sur la figure. 15 Les deux ensembles propulsifs 12, 14 sont respectivement montés de manière fixe sous les ailes 22, 24 de l'aéronef par l'intermédiaire d'un mât d'attache. Sur la figure 1 seul le mât d'attache 26 de l'ensemble propulsif 14 est représenté. La figure 2 représente un schéma de principe d'un circuit de 20 récupération et de conversion selon un mode de réalisation de l'invention. Ce circuit est installé dans au moins un des deux groupes turbopropulseurs de l'aéronef de la figure 1. Comme représenté sur ce schéma, le circuit de récupération et de conversion d'énergie 30 comprend : 25 -un réservoir 32 qui stocke un fluide de travail à basse pression et à basse température à l'état liquide ; -une pompe 34 (ou un autre moyen de mise en circulation du fluide sous pression) qui augmente la pression du fluide de travail et le met en mouvement à l'intérieur du circuit 30 ; 30 -au moins un échangeur thermique 36 ; l'échangeur thermique est un élément dans lequel circule le fluide de travail, au contact d'une source chaude secondaire. Lors de son transit dans l'échangeur thermique, le fluide de travail, à l'état liquide et sous haute pression, se réchauffe par conduction thermique avec une source chaude secondaire du groupe turbopropulseur ; -au moins un évaporateur 38 (échangeur thermique) agencé en aval dudit au moins un échangeur thermique 36 et qui reçoit le fluide liquide à haute pression préalablement chauffé pour qu'il s'évapore par échange thermique avec une source chaude primaire, à savoir le flux primaire du groupe turbopropulseur (gaz chauds de combustion) ; -au moins un détendeur ou élément d'expansion 40, agencé en aval dudit au moins un évaporateur, qui reçoit le fluide sous forme de gaz à haute pression et assure sa détente à haute température et haute pression ; ledit au moins un détendeur comprend une turbine 40a dans laquelle a lieu la détente du fluide, cette détente produisant de l'énergie mécanique, et un arbre de sortie 40b couplé à la turbine et dont la rotation est assurée par l'énergie de la détente ; le couple mécanique produit par la rotation de l'arbre 40b peut être utilisé de différentes façons comme cela sera décrit plus loin dans la description ; -au moins un condenseur 44 (échangeur thermique) dans lequel est amené le fluide basse pression (en sortie du détendeur 40) pour qu'il se condense par échange thermique avec une source froide. La source froide est par exemple le flux secondaire du groupe turbopropulseur qui, de façon connue, rejoint le flux primaire issu de la turbine basse pression du réacteur pour être mélangé à ce dernier avant d'être éjecté. Le principe d'un tel circuit de récupération et de conversion d'énergie thermique est utilisé dans le mode de réalisation de la figure 3. Cette figure illustre, en coupe axiale, de façon détaillée l'implantation des différents composants du circuit 30 dans le groupe turbopropulseur 19 de l'ensemble propulsif 14. Le circuit 30 comprend ainsi agencés en aval de la soufflante 21 (dans le sens du flux d'air entrant F) les composants présentés ci-dessus.

Dans l'exemple représenté à la figure 2, le réservoir 32 et la pompe 34 sont logés sur le carter de la soufflante. La pompe 34 met en circulation sous pression, dans le circuit, le fluide de travail liquide et l'injecte dans un échangeur thermique 36a où le fluide est en contact thermique avec une première source chaude secondaire. La première source chaude secondaire est l'échangeur air-huile, nommé ACOC (acronyme signifiant « Air Cooled Oil Cooler » en terminologie anglo-saxonne), prévu pour refroidir l'huile utilisée pour la lubrification des différents éléments du groupe turbopropulseur. De façon conventionnelle, l'huile chaude est refroidie dans l'échangeur air-huile en utilisant une partie de l'air de la soufflante, c'est-à-dire le flux secondaire du groupe turbopropulseur Dans le présent mode de réalisation, le fluide de travail liquide est utilisé dans cet échangeur à la place (ou en complément) du flux secondaire 10 afin de refroidir l'huile chaude. La chaleur apportée par l'huile chaude est utilisée de manière utile pour chauffer le fluide de travail. En pratique, l'échangeur thermique 36a prend par exemple la forme d'un tube qui s'enroule autour d'un tuyau d'huile de l'échangeur ACOC, du réservoir d'huile de cet échangeur ou d'une paroi chaude de celui-ci et dans lequel 15 circule le fluide liquide. Le fluide est réchauffé au contact de cet échangeur et réduit ainsi la température de ce dernier. Le fluide circule avantageusement à contre-courant par rapport au sens d'écoulement de l'huile dans l'échangeur ACOC. Le fluide liquide chaud entre ensuite dans un deuxième échangeur 20 thermique 36b (avec une température égale à celle que le fluide a en sortant du premier échangeur) dans lequel il circule. Il y est chauffé par conduction thermique entre l'échangeur thermique 36b et la deuxième source chaude secondaire. Cette deuxième source chaude secondaire est par exemple formée par l'interface (attache moteur) entre la partie arrière du moteur et le mât 26 25 d'attache du moteur. De façon générale, cette interface est une partie structurelle qui lie le moteur au mât (connue en terminologie anglo-saxonne sous le terme « Aft Engine Mount »). La tenue en température de cette interface est importante pour la conception du mât 26. Il est en effet souhaitable que cette 30 température soit la plus basse possible afin de réduire les contraintes thermiques sur le mât. En pratique, l'échangeur thermique 36b prend par exemple la forme d'un tube qui s'enroule autour de l'interface et dans lequel circule le fluide liquide chaud. Le fluide est ainsi davantage réchauffé au contact de cette interface et réduit la température de cette dernière. Le fluide circule avantageusement à contre-courant par rapport au sens de conduction de la chaleur dans la structure.

Le fluide liquide est finalement amené jusqu'à un troisième échangeur thermique 36c (avec une température égale à celle que le fluide a en sortant du deuxième échangeur) dans lequel il circule et où il se réchauffe par conduction thermique avec une troisième source chaude secondaire. Cette troisième source chaude secondaire est par exemple formée par le carénage arrière du mât 26 d'attache du moteur, ce mât étant communément appelé APF (acronyme signifiant « Aft Pylon Fairing » en terminologie anglosaxonne). Cette partie structurelle du mât moteur est située au dessus des gaz chauds de sortie (flux primaire F1) et est léchée par ces derniers. Cette partie structurelle protège thermiquement le mât 26 du flux primaire F1.

En pratique l'échangeur thermique 36c prend par exemple la forme d'un tube qui s'étend le long de la partie structurelle du mât 26, par exemple sous la forme d'un serpentin afin d'augmenter la surface d'échange avec la source chaude. Le fluide liquide chaud circule dans ce tube et y est réchauffé, par conduction thermique, par la partie structurelle chaude du mât 26, réduisant ainsi la température de cette dernière. Le fluide circule à contre-courant par rapport au sens d'écoulement du flux primaire F1. Le fluide liquide ainsi chauffé successivement par son passage à travers les différents échangeurs thermiques 36a-c parvient à l'évaporateur 38 (avec une température sensiblement égale à celle que le fluide a en sortant du troisième échangeur). Il s'agit d'un évaporateur, par exemple annulaire, aménagé sur le trajet du flux primaire dans la tuyère de sortie du réacteur (notamment en sortie de la turbine basse pression). L'évaporateur est par exemple disposé autour du cône de la tuyère. Dans l'évaporateur, le fluide circule avantageusement à contre-courant par rapport au sens du flux primaire. En sortie de l'évaporateur 38, le fluide est à l'état de gaz à haute pression et haute température et il transite jusqu'au détendeur 40 où il subit une détente.

Le détendeur comprend, représenté de façon très schématique sur la figure agrandie 3a, au moins une turbine 40a comprenant un rotor comprenant un arbre 40c sur lequel sont fixés des aubages mobiles 40d et un carter 40e entourant les aubages mobiles. La turbine comprend en outre un tore d'admission 40f recevant le fluide de travail provenant de l'évaporateur 38, ainsi qu'un divergent d'échappement 40g dirigé vers le condenseur 44. De manière connue, lors du passage dans la turbine 40a, le fluide de travail à l'état de gaz à haute pression et haute température se détend et passe dans un état de gaz à basse pression et haute température. La détente consiste ainsi en la conversion de l'énergie potentielle du fluide en énergie cinétique. Cette énergie cinétique est convertie en un couple de rotation mécanique par le biais des aubages mobiles 40d de la turbine. Le détendeur comprend un arbre de sortie 40b accouplé aux aubages mobiles de la turbine. Ainsi, lors d'une détente, le couple de rotation des aubages mobiles est repris par l'arbre de sortie 40b. Comme cela sera décrit plus loin en relation avec les figures 4a et 4b, l'arbre de sortie peut être connecté à une pluralité de dispositifs pour utiliser l'énergie mécanique produite par la détente. En sortie du détendeur 40, le fluide à basse pression et à haute température transite jusqu'au condenseur 44. Le condenseur 44 est par exemple un tube en forme de serpentin dans le flux secondaire. La source froide utilisée pour condenser le fluide est ainsi le flux secondaire F2 dont une partie f2 est prélevée pour être injectée dans le condenseur 44. De façon générale, le condenseur comprend un système de captation d'air dans la zone du corps moteur qui prélève une partie du flux secondaire et le réinjecte dans ledit flux secondaire, un système de réduction de vitesse du flux prélevé (divergent) en entrée, un échangeur thermique de préférence à contre-courant entre le flux prélevé ralenti et le fluide de travail et un système d'accélération de la vitesse (convergent) du flux réchauffé en sortie.

Le fluide revenu à l'état liquide est ensuite ramené à son réservoir 32. Les figures 4a et 4b illustrent différentes possibilités de récupération d'énergie mécanique à partir de l'arbre de sortie 40b du détendeur 40. La figure 4a (première possibilité) représente l'agencement de certains éléments internes au groupe turbopropulseur 19, à savoir l'arbre 60 de la turbine basse pression, une boîte de transmission de la soufflante 62 et un mécanisme de transmission mécanique 64 qui relie l'arbre 60 à la boîte de transmission 62. De manière connue, la fonction de la boîte de transmission 62 est de transmettre la puissance mécanique produite par l'arbre 60 de la turbine basse pression du groupe turbopropulseur 19 à la soufflante 21. L'arbre de sortie 40b du détendeur 40 est couplé directement à la boîte de transmission 62 afin de récupérer tout ou partie de l'énergie mécanique produite lors de la détente du fluide pour l'utiliser pour la rotation de la 10 soufflante. Ce nouvel apport d'énergie mécanique à la boîte de transmission 62 permet de prélever moins de puissance sur l'arbre haute pression 60. La figure 4b (deuxième possibilité) représente le couplage de l'arbre de sortie 40b du détendeur 40 à un générateur électrique 70 (alternateur) interne 15 au groupe turbopropulseur 19. Dans cet exemple, l'énergie mécanique qui est produite lors de la détente du fluide à l'ét at gazeux est récupérée en tout ou partie pour produire de l'énergie électrique. Pour ce faire, l'arbre de sortie de turbine 40b est couplé à un alternateur ou générateur électrique 70 afin d'entrainer ce dernier et de générer de l'énergie électrique. 20 On notera que l'arbre de sortie de turbine peut également (de façon non représentée) être couplé à d'autres dispositifs aptes à recevoir et à utiliser un couple mécanique de rotation (ex : pompe...). Le fluide de travail utilisé dans le circuit de récupération de conversion d'énergie est l'un des fluides ou mélange de fluides pris parmi les fluides 25 suivants : ammoniaque, fluide frigorifique, liquide alcoolisé, mélange d'eau et d'un fluide frigorifique, propane. Le circuit de récupération et de conversion d'énergie selon le mode de réalisation des figures 2 et 3 permet de récupérer au moins une partie de l'énergie thermique qui a été communiquée au fluide de travail par le groupe 30 turbopropulseur. La récupération d'énergie thermique et sa conversion sous la forme de couple mécanique à partir de l'arbre de sortie couplé à la turbine 40a permet de faire fonctionner en tout ou partie d'autres dispositifs ou éléments internes au groupe turbopropulseur, ce qui permet de réduire la consommation en carburant. L'utilisation d'une ou de plusieurs sources chaudes secondaires permet de transmettre de la chaleur au fluide de travail. La température du fluide de travail peut ainsi être augmentée avant d'entrer dans l'évaporateur.

Cette montée en température du fluide lui permet d'arriver en entrée de l'évaporateur avec une température proche de sa température d'évaporation. De ce fait, le fluide demandera moins d'énergie par unité de masse pour être porté à température d'ébullition dans l'évaporateur. L'évaporateur est utilisé de façon plus efficace dans la mesure où le flux primaire de combustion n'est pratiquement utilisé que pour assurer le changement d'état liquide-gaz du fluide. La montée en température du fluide de travail jusqu'à une température proche de sa température de changement d'état est principalement assurée par l'utilisation d'au moins une source chaude secondaire. Le nombre et la nature de la ou des sources chaudes secondaires utilisées (température de la source) déterminent la phase de montée en température du fluide et permettent d'ajuster la température du fluide en entrée de l'évaporateur. Dans l'exemple décrit en référence à la figure 3 trois sources chaudes secondaires ont été utilisées. Toutefois, dans d'autres exemples un nombre différent de sources peut être utilisé. Une ou plusieurs des sources chaudes secondaires déjà décrites peuvent être utilisées avec éventuellement d'autres sources chaudes secondaires possibles. L'introduction d'une quantité d'énergie supplémentaire dans le circuit ou cycle de récupération d'énergie permet soit d'augmenter la puissance totale récupérée soit de réduire le dimensionnement du circuit en fonction des 25 besoins et/ou contraintes. Par ailleurs, une telle utilisation d'une source chaude secondaire permet de refroidir celle-ci. La ou les sources chaudes secondaires utilisées sont généralement (mais non exclusivement) des parties ou pièces chaudes du réacteur qui nécessitent un refroidissement. Le refroidissement de certaines 30 parties ou pièces chaudes du réacteur permet par exemple d'introduire des matériaux composites dans la structure de ces parties ou pièces. Il est ainsi envisageable d'utiliser des matériaux composites pour la conception du mât 26 .A titre de variante, on notera que le flux secondaire qui est utilisé comme source froide dans le condenseur peut être complété par toute autre source froide du groupe turbopropulseur comme, par exemple, l'air froid atmosphérique ou un échangeur de carburant. De façon optionnelle, le circuit des figures 2 et 3 comprend au moins 5 un économiseur 42 (échangeur thermique) disposé en aval dudit au moins un détendeur 40 sur la partie du circuit où le fluide est à l'état de gaz et, entre la pompe 34 et ladite au moins une source chaude secondaire 36, sur la partie du circuit où le fluide est à l'état liquide. L'économiseur 42 améliore l'efficacité du cycle de récupération d'énergie en échangeant de l'énergie thermique entre 10 le fluide gazeux à basse pression et haute température et le fluide liquide à haute pression. L'économiseur 42 permet ainsi de récupérer la chaleur résiduelle après la détente du gaz, ce qui permet de réduire la taille de l'évaporateur. La présence de l'économiseur est notamment justifiée par un écart de 15 température suffisant ente la sortie de la détente et le point froid du cycle. A titre d'exemple, le flux massique du fluide de travail est de 0,115 kg/s (eau) et la température du fluide en sortie de pompe 34 est de 10°C. Les températures d'entrée et de sortie du fluide pour l'échangeur 36a sont respectivement de 10 et 97,9°C et la puissance thermique échangée entre 20 l'huile chaude et le fluide (et récupérée par le fluide) est de 43,14 kW. Les températures d'entrée et de sortie du fluide pour l'échangeur 36b sont respectivement de 97,9 et 98,4°C et la puissance thermique récupérée par le fluide est de 0,23 kW. La température maximale atteinte par l'attache moteur est de 375°C.

25 Les températures d'entrée et de sortie du fluide pour l'échangeur 36c sont respectivement de 98,4 et 177°C et la puissance thermique récupérée par le fluide est de 37,9 kW. La température maximale atteinte par la partie structurelle du mât moteur APF est de 380°C et la température du flux primaire sur la zone de cette partie qui est la plus proche de la sortie du flux 30 primaire est de 381°C. On notera que la puissance thermique reçue par le fluide dans le circuit est principalement reçue dans le premier échangeur 36a et le troisième échangeur 36c. Le principal avantage d'utiliser l'attache moteur comme source chaude secondaire est le refroidissement de cette structure et, de ce fait, la possibilité d'utiliser des matériaux composites pour la fabrication du mât. Le nombre d'évaporateurs, de détendeurs et de condenseurs utilisés dans le circuit peut varier selon les besoins thermiques et selon différentes 5 contraintes. Bien que l'invention ait été décrite avec un détendeur comprenant au moins une turbine, le détendeur peut comprendre, sans sortir du cadre de la présente invention, tout type de dispositif permettant de convertir l'énergie potentielle du fluide à haute pression et haute température en énergie 10 cinétique.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Groupe turbopropulseur d'aéronef (12, 14) comprenant un circuit (30) de récupération et de conversion de l'énergie thermique du groupe turbopropulseur, caractérisé en ce que le circuit de récupération d'énergie comprend : -un réservoir (32) contenant un fluide de travail à l'état liquide, ledit fluide étant apte à changer d'état et circulant dans ledit circuit de récupération d'énergie, -au moins un système de mise en pression dudit fluide (34) ; -au moins un évaporateur (38) dans lequel ledit fluide à l'état liquide s'évapore par échange thermique avec un flux primaire du groupe turbopropulseur, ledit flux primaire constituant une source chaude primaire, -au moins un détendeur (40) dans lequel ledit fluide à l'état gazeux à haute pression se détend, ledit au moins un détendeur comprenant au moins une turbine (40a) couplée à un arbre de sortie (40b), le détendeur récupérant une partie de l'énergie potentielle du fluide pour la convertir en énergie mécanique de rotation dudit arbre de sortie, -au moins un condenseur (44) dans lequel ledit fluide gazeux à basse pression se condense pour se liquéfier par échange thermique avec au moins une source froide, -au moins une source chaude secondaire (36a-c) au contact de laquelle ledit fluide à l'état liquide s'échauffe par échange thermique avant de parvenir audit au moins un évaporateur.
2. 2. Groupe turbopropulseur d'aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une source chaude secondaire (36a-c) comprend au moins l'une des sources chaudes suivantes du groupe turbopropulseur : l'échangeur air-huile (ACOC), l'interface entre la partie arrière du moteur et le mât d'attache du moteur, le carénage arrière du mât d'attache du moteur (APF).
3. 3. Groupe turbopropulseur d'aéronef selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de récupération d'énergie (30) comprend au moins un échangeur thermique (42) disposé entre ledit au moins un détendeur (40) et ledit au moins un condenseur (44) afin de refroidir ledit fluide à l'état gazeux par échange thermique avec le fluide à l'état liquide.
4. 4. Groupe turbopropulseur d'aéronef selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (40b) dudit au moins un détendeur (40) est couplé à un alternateur (70) ou à une boîte de transmission (62).
5. 5. Groupe turbopropulseur d'aéronef selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite au moins une source froide comprend un flux secondaire du groupe turbopropulseur.
6. 6. Aéronef (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un groupe turbopropulseur d'aéronef (12, 14) selon l'une des revendications 1 à 5.
7. 7. Procédé de récupération et de conversion de l'énergie thermique d'un groupe turbopropulseur d'aéronef en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend : - la mise en circulation et la mise en pression d'un fluide de travail dans un circuit (30) de récupération d'énergie du groupe turbopropulseur , ledit fluide étant apte à changer d'état, -l'évaporation dudit fluide à l'état liquide par échange thermique avec un flux primaire du groupe turbopropulseur qui constitue une source chaude afin d'obtenir ledit fluide à l'état gazeux à haute pression, -la détente dudit fluide à l'état de gaz haute pression afin d'obtenir ledit fluide à basse pression, la détente permettant de transformer au moins une partie de l'énergie thermique dudit fluide à l'état de gaz haute pression en énergie mécanique,-la condensation dudit fluide à l'état de gaz basse pression par échange thermique avec au moins une source froide afin d'obtenir ledit fluide à l'état liquide, -l'augmentation de la température dudit fluide à l'état liquide par échange thermique avec au moins une source chaude secondaire avant l'évaporation dudit fluide.