FR3087490A1 - Turbomachine a systeme d'echange thermique optimise - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une turbomachine comprenant un système d'échange thermique (100) agencé dans la turbomachine pour fournir un échange thermique entre un premier fluide (F10) et fluide(F20), dit de refroidissement. Le système d'échange thermique (100) comprend un premier et un deuxième circuit réfrigérant (110, 130) dans lesquels est contenu un fluide frigorigène. Le premier circuit réfrigérant (110) comprenant au moins un premier système de vaporisation du fluide frigorigène par prélèvement de calories du premier fluide (F10). Le premier et le deuxième circuit réfrigérant (110, 130) comporte une portion de circuit réfrigérant (120) commune comprenant notamment un éjecteur (121) dans lequel du fluide frigorigène provenant du deuxième circuit réfrigérant (130) formant une vapeur motrice dudit éjecteur (121). L'invention concerne en outre un aéronef composant une telle turbomachine.

Description

TURBOMACHINE À SYSTÈME D'ÉCHANGE THERMIQUE OPTIMISÉ DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne les turbomachines et l'optimisation de leurs cycles thermodynamiques.

L'invention a ainsi plus particulièrement pour objet une turbomachine et un aéronef comportant une telle turbomachine.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Afin de réaliser certaines fonctions essentielles de refroidissement de fluides tels que l'air ou l'huile dans une turbomachine, il est connu d'équiper celle-ci de systèmes d'échange thermique afin de permettre un échange thermique entre les fluides circulant dans certaines parties de la turbomachine et notamment le flux d'air secondaire passant dans la veine de la turbomachine.

Ainsi, on peut citer l'exemple du circuit de prélèvement d'air, plus connu sous sa dénomination anglaise « engine bleed air system », qui permet de prélever de l'air sur un compresseur de la turbomachine afin de fournir au système de conditionnement d'air de l'aéronef équipé par ladite turbomachine de l'air chaud pressurisé.

Cet air prélevé dans l'un des compresseurs peut présenter une température dépassant les 250°C lorsqu'il est prélevé dans le compresseur haute pression et au décollage.

Afin d'abaisser la température de l'air prélevé par le circuit de prélèvement d'air jusqu'à une valeur cible (typiquement 180°C), l'air ainsi prélevé passe par un échangeur thermique air-air, dont la dénomination anglaise est « precooler », logé dans une veine de la turbomachine dans laquelle s'écoule le flux secondaire de cette dernière.

Si un tel échangeur air-air permet un abaissement de la température de l'air prélevé, il ne permet pas un échange thermique particulièrement efficace et requière donc, de ce fait, un dimensionnement relativement important pour aboutir à une 2 température adéquate compatible avec les besoins du système d'environnement de l'aéronef.

De la même façon, les turbomachines comprennent également des échangeurs thermiques pour certains de ses modules, afin de refroidir certains éléments de ces modules, dont notamment l'huile qui permet de lubrifier les pièces mobiles de ces modules.

Ces échangeurs thermiques sont généralement des échangeurs thermiques huile-air disposés dans la veine de la turbomachine.

De la même façon que pour l'échangeur thermique air-air du circuit de prélèvement d'air, un tel échangeur thermique huile-air manque de performance et 10 requiert, de ce fait, un dimensionnement adéquat pour aboutir à une réduction de température adéquate de l'huile dudit module de turbomachine.

Ainsi, les échanges thermiques assurant un refroidissement de certains fluides dans la turbomachine sont essentiels à son fonctionnement.

Ils sont aujourd'hui assurés par des systèmes dédiés, complexes et impactant négativement les 15 performances.

Il est donc nécessaire de repenser ces échanges refroidissants des fluides en les optimisant afin d'en obtenir une amélioration des performances globales.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus et a ainsi pour but de fournir une turbomachine comprenant au moins un système d'échange thermique 20 entre deux fluides présentant une efficacité accrue vis-à-vis des systèmes d'échange thermique de l'art antérieur Un tel système d'échange thermique doit bien entendu être compatible avec les contraintes de restriction de masse des turbomachines.

L'invention vise en particulier de fournir à une optimisation globale et une meilleure communalisation des systèmes au sein de la turbomachine, ceci afin d'en 25 améliorer les performances de ladite turbomachine tout en assurant les fonctions essentielles à son fonctionnement.

L'invention concerne à cet effet une turbomachine comprenant : - au moins une première partie de turbomachine, 3 - un système d'échange thermique agencé dans la turbomachine pour fournir un échange thermique entre un premier fluide de la première partie de turbomachine et un fluide, dit de refroidissement, le fluide de refroidissement présentant, en fonctionnement de la turbomachine, une température inférieure audit premier fluide.

Le système d'échange thermique comprend : un premier et un deuxième circuit réfrigérant dans lesquels est contenu un fluide frigorigène apte à présenter un changement de phase entre une phase liquide et une phase gazeuse dudit fluide frigorigène, 10 le premier circuit réfrigérant comprenant au moins un premier système de vaporisation du fluide frigorigène interceptant le premier fluide, le premier système de vaporisation étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène d'une phase au moins partiellement liquide à une phase gazeuse par un prélèvement de calories à partir du premier fluide, 15 le deuxième circuit réfrigérant comprenant au moins un deuxième système de vaporisation du fluide frigorigène interceptant un deuxième fluide de la turbomachine, le deuxième système de vaporisation étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène d'une phase liquide à une phase gazeuse par un prélèvement de calories à partir du deuxième fluide, 20 dans lequel le premier et le deuxième circuit réfrigérant comporte une portion de circuit réfrigérant commune comprenant : - un éjecteur dans lequel est injecté du fluide frigorigène sous phase gazeuse à partir du premier et du deuxième circuit réfrigérant après un passage respectif par le premier et le deuxième système de vaporisation, le fluide frigorigène provenant du 25 deuxième circuit réfrigérant formant une vapeur motrice dudit éjecteur, - au moins un condenseur agencé pour intercepter le fluide de refroidissement, le condenseur étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène issu de l'éjecteur d'une phase gazeuse à une phase liquide par une transmission de calories au fluide de refroidissement.

4 Une telle turbomachine comprend un système d'échange thermique particulièrement efficace puisqu'il est basé sur le changement de phase d'un liquide frigorigène.

De plus, contrairement à un système d'échange thermique basé sur le changement de phase d'un liquide frigorigène classique, tel que celui d'un réfrigérateur, la compression du liquide frigorigène gazéifié ne nécessite pas un compresseur qui ne serait pas compatible avec les contraintes de masse de la turbomachine.

En effet, selon l'invention, la compression du liquide frigorigène est obtenue au moyen d'un éjecteur et d'un deuxième circuit réfrigérant qui permet de prélever l'énergie thermique d'un troisième flux d'air pour fournir l'énergie nécessaire pour ladite compression.

10 L'entrainement du fluide frigorigène se fait par aspiration dans l'éjecteur grâce à la différence de pression du fluide frigorigène entre le premier et le deuxième circuit.

Ainsi, il est possible d'obtenir, selon le principe de l'invention un refroidissement efficace d'au moins le premier fluide, au moyen du premier système de vaporisation du fluide frigorigène et, éventuellement, du deuxième fluide au moyen du 15 deuxième système de vaporisation du fluide frigorigène.

Ce refroidissement d'au moins le premier fluide représente la fonction essentielle à réaliser pour assurer le fonctionnement de la turbomachine.

Cette invention permet d'assurer cette fonction en améliorant les performances de la turbomachine sans que cela n'affecte significativement la masse de la turbomachine, puisqu'il n'est pas nécessaire de faire appel à des 20 composants relativement lourds, tels qu'un compresseur.

Le deuxième circuit réfrigérant peut comporter en outre : - une pompe hydraulique alimentée en fluide frigorigène sous phase liquide à partir du condenseur, - un bouilleur formant le deuxième système de vaporisation.

25 Un tel deuxième circuit réfrigérant permet de fournir à l'entrée de l'éjecteur, en tant vapeur motrice, un fluide frigorifique avec une pression important assurant ainsi une bonne compression du fluide frigorifique arrivant du premier circuit frigorifique.

On assure ainsi un refroidissement du premier fluide particulièrement efficace.

5 Le deuxième fluide peut être un fluide de la première partie de turbomachine, le deuxième fluide étant préférentiellement un fluide amont, voire aval, au premier fluide dans le sens d'écoulement des gaz de la turbomachine présentant une nature identique audit premier fluide.

5 De cette manière, la première partie présente un refroidissement particulièrement optimisé, celui-ci étant fourni à la fois par le premier et le deuxième circuit de réfrigérant.

La turbomachine peut comprendre en outre une deuxième partie de turbomachine distincte de la première partie, le deuxième fluide étant un fluide de la 10 deuxième partie de turbomachine.

De cette manière, il est possible de sélectionner une deuxième partie de turbomachine présentant une température élevée de manière d'optimiser le fonctionnement du deuxième circuit réfrigérant et donc d'obtenir une compression du fluide frigorifique arrivant du premier circuit réfrigérant particulièrement efficace.

15 La deuxième partie de turbomachine peut être sélectionnée parmi : - une zone d'échappement telle qu'une tuyère de la turbomachine, le deuxième fluide étant un gaz d'échappement à l'aval de la turbine basse pression, - une zone de la turbomachine comprise entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine, le deuxième fluide étant 20 de l'air compressé par la compresseur basse pression, - un circuit de prélèvement d'air à destination d'un système de conditionnement d'air d'un aéronef, le circuit de prélèvement étant configuré pour prélever de l'air au niveau d'un compresseur de la turbomachine, le deuxième fluide étant de l'air prélevé au niveau dudit compresseur pour la cabine de l'aéronef, 25 - un circuit de lubrification de la turbomachine, le deuxième fluide étant une huile de lubrification dudit circuit de lubrification de la turbomachine.

La première partie de turbomachine peut être sélectionnée parmi : - une zone de la turbomachine comprise entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine, le premier fluide étant de l'air compressé par la compresseur basse pression, 6 - un circuit de prélèvement d'air à destination d'un système de conditionnement d'air pour la cabine d'un aéronef, le circuit de prélèvement étant configuré pour prélever de l'air au niveau d'un compresseur de la turbomachine, le premier fluide (F10) étant de l'air prélevé au niveau dudit compresseur, - un circuit de lubrification de la turbomachine, le premier fluide étant une huile de lubrification dudit circuit de lubrification de la turbomachine. le fluide de refroidissement peut être sélectionné parmi : - un flux d'air passant dans une veine de la turbomachine, - un flux d'air extérieur de la turbomachine, le condenseur étant installé 10 au niveau d'un carter extérieur de la turbomachine, - un fluide de la turbomachine, tel qu'un carburant de ladite turbomachine, destiné à être chauffé en fonctionnement de la turbomachine.

De cette manière, l'élévation de la température du fluide de refroidissement n'a pas d'influence néfaste pour le fonctionnement de la turbomachine, 15 cette élévation-ci pouvant même améliorer le rendement de cette dernière, ceci notamment lorsque qu'il s'agit d'un fluide destiné à être chauffé en fonctionnement de la turbomachine.

Le fluide de refroidissement peut être un flux d'air extérieur de la turbomachine, le condenseur étant conformé pour bénéficier au moins partiellement de 20 l'effet Meredith.

De cette manière, il possible d'obtenir une condensation du liquide frigorifique particulièrement efficace ceci sans affecter modification du fonctionnement de la turbomachine puisque cette condensation est fournie par un fluide extérieur de la turbomachine qui est particulièrement froid et que l'aérodynamisme de cette dernière 25 est conservé de par l'utilisation de l'effet Meredith.

Le premier circuit réfrigérant peut comporter : - un détendeur configuré pour abaisser la pression du fluide frigorigène issu du condensateur afin de fournir un fluide frigorigène diphasique présentant à la fois une phase liquide et une phase gazeuse, 30 - un évaporateur formant le premier système de vaporisation.

7 L'invention concerne en outre un aéronef comprenant une turbomachine selon l'invention.

Un tel aéronef bénéficie des avantages liés à la turbomachine selon l'invention.

Chacune des turbomachines de l'aéronef peut être une turbomachine selon l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins 10 annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une turbomachine susceptible d'être équipée par un système d'échange thermique selon l'invention, - la figure 2 illustre un schéma de principe d'un système d'échange thermique selon l'invention, 15 - la figure 3 illustre schématiquement un premier exemple de mise en oeuvre d'un système d'échange thermique selon l'invention dans lequel un premier circuit réfrigérant est agencé pour permettre un refroidissement d'un flux d'air inter compresseur qui passe dans un évaporateur du premier circuit réfrigérant, un deuxième circuit réfrigérant étant agencé pour permettre de récupérer dans un bouilleur dudit 20 deuxième circuit réfrigérant la chaleur d'un flux de gaz de combustion d'une tuyère de la turbomachine, - la figure 4 illustre schématiquement un deuxième exemple de mise en oeuvre d'un système d'échange thermique selon l'invention dans lequel le premier circuit réfrigérant est agencé pour permettre un refroidissement dans l'évaporateur d'un flux 25 d'air d'un circuit de prélèvement d'air cabine à partir de la turbomachine, le deuxième circuit réfrigérant étant agencé pour permettre de récupérer dans le bouilleur la chaleur du flux de gaz de combustion de la tuyère de la turbomachine, - la figure 5 illustre schématiquement un troisième exemple de mise en oeuvre d'un système d'échange thermique selon l'invention dans lequel le premier et le 8 deuxième circuit réfrigérant sont tous deux agencés pour permettre un refroidissement dans le bouilleur puis dans l'évaporateur du flux d'air du circuit de prélèvement d'air cabine de la turbomachine, - la figure 6 illustre schématiquement un quatrième exemple de mise en oeuvre d'un système d'échange thermique selon l'invention dans lequel le premier circuit réfrigérant est agencé pour permettre un refroidissement dans le bouilleur d'un flux d'air inter compresseur, le deuxième circuit réfrigérant étant agencé pour permettre un refroidissement dans l'évaporateur du flux d'air du circuit de prélèvement d'air cabine à partir de la turbomachine, 10 - la figure 7 illustre schématiquement un cinquième exemple de mise en oeuvre d'un système d'échange thermique selon l'invention dans lequel le premier et le deuxième circuit réfrigérant sont tous deux agencés pour permettre un refroidissement dans le bouilleur puis dans l'évaporateur d'un flux d'air inter compresseur.

Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas selon 15 une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 20 La figure 1 illustre une turbomachine susceptible d'être équipée d'un système d'échange thermique 100 selon l'invention tel que schématisé sur la figure 2.

Une telle turbomachine peut être, par exemple, un turboréacteur à double flux 10 pour aéronef.

Un tel turboréacteur comporte de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air F1 se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire F2 25 alimentant les différents modules du turboréacteur et un flux secondaire F3 contournant ce coeur et destiné à fournir en principe la majeure partie de la poussée.

Ces différents modules du turboréacteur comportent, de manière bien connue, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18 par exemple du type annulaire, une turbine haute pression 20 9 et une turbine basse pression 22.

Le turboréacteur est caréné par une nacelle 24 entourant une veine 26 dans laquelle s'écoule le flux secondaire.

Les rotors du turboréacteur sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 du turboréacteur.

Il est a noté que la zone inter compresseur 15 comprise entre le compresseur basse pression 14 et le compresseur haute pression 16 est également figurée sur la figure 1 et que, par contre pour des raisons de lisibilité et de simplification, cette même figure n'illustre pas un circuit de prélèvement d'air de la turbomachine 10.

La figure 2 illustre ainsi le schéma de principe d'un système d'échange thermique 100 selon l'invention, ledit système d'échange thermique étant agencé pour 10 permettre un échange thermique entre un premier fluide F10 d'une première partie de la turbomachine et un fluide F20, dit fluide de refroidissement présentant, en fonctionnement de la turbomachine 10, une température inférieure audit premier fluide F10.

De plus, le système d'échange thermique 100 est également configuré, 15 selon le principe de l'invention et afin d'offrir une fonction de compression en l'absence de compresseur mécanique, pour permettre un échange thermique entre un deuxième fluide F30 et le fluide de refroidissement F20.

Le deuxième fluide F30 peut être aussi bien un fluide de la première partie de turbomachine 10 qu'un fluide de la deuxième partie de turbomachine.

20 Un tel système d'échange thermique 100 comporte un premier et un deuxième circuit réfrigérant 110, 130 dans lesquels est contenu un fluide frigorigène apte à présenter un changement de phase entre une phase liquide et une phase gazeuse dudit fluide frigorigène.

Le premier et le deuxième circuit réfrigérant comporte une portion de circuit réfrigérant 120 commune.

25 Comme cela est précisé par la suite, la portion de circuit réfrigérant commune 120 est configurée pour entraîner un passage du fluide frigorigène d'une phase gazeuse à une phase liquide par une transmission de calories au fluide de refroidissement F20.

Ainsi, le premier circuit réfrigérant 110 comprend, pour la portion qui 30 n'est pas la portion de circuit réfrigérant commune 120 : 10 - un détendeur 112 configuré pour abaisser la pression du fluide frigorigène issu de la portion de circuit réfrigérant commune afin de fournir un fluide frigorigène diphasique présentant à la fois une phase liquide et une phase gazeuse, - un évaporateur 111 formant un premier système de vaporisation, l'évaporateur interceptant le premier fluide F10 et étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène diphasique en sortie du détendeur 112 à une phase gazeuse par un prélèvement de calories par le premier fluide F10.

De cette manière, le premier circuit réfrigérant permet un refroidissement du premier fluide F10 dans l'évaporateur 111.

10 Le deuxième circuit réfrigérant 130 comprend, pour la portion qui n'est pas la portion de circuit réfrigérant commune 120 : - une pompe hydraulique 132 alimente en fluide frigorigène sous phase liquide de la portion de circuit réfrigérant commune 120, - un bouilleur 131 formant le deuxième système de vaporisation, le 15 bouilleur 131 étant agencé pour intercepter le deuxième fluide F30 et pour entraîner un passage du fluide frigorigène d'une phase liquide à une phase gazeuse par un prélèvement de calories par le deuxième fluide F30, De cette manière, le circuit réfrigérant permet un refroidissement du deuxième fluide F30 dans le bouilleur 131.

20 La portion de circuit réfrigérant 120 commune comprend : - un éjecteur 121 dans lequel est injecté du fluide frigorigène sous phase gazeuse à partir du premier et du deuxième circuit réfrigérant 110, 130 après un passage respectif par le vaporisateur 111 et le bouilleur 131, le fluide frigorigène provenant du deuxième circuit réfrigérant 130 formant une vapeur motrice dudit éjecteur 25 121, - un condenseur 122 agencé pour intercepter le fluide de refroidissement F20, le condenseur 122 étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène issu de l'éjecteur 121 d'une phase gazeuse à une phase liquide par une transmission de calories au fluide de refroidissement F20.

11 Avec une telle configuration, le système d'échange thermique 100 permet de mettre en oeuvre un premier et un deuxième cycle d'échange thermique correspondant respectivement au premier et au deuxième circuit réfrigérant 110, 130.

On notera que dans une application pratique de l'invention, le fluide frigorigène peut être, par exemple, un 1,1,1,3,3-pentafluoropropane également désigné R245fa ou HFC-245fa.

Bien entendu, cet exemple est fourni qu'à titre d'exemple et d'autres fluides frigorigènes sont parfaitement envisageables sans que l'on sorte du cadre de l'invention.

Selon une possibilité de l'invention, chacun de l'évaporateur 111, du 10 condenseur 121 et du bouilleur 131 peut être fourni au moyen d'échangeurs thermiques du type plaque à ailettes.

Ainsi dans le cadre du premier cycle d'échange thermique, le fluide frigorigène passe par les étapes suivantes : - dans une phase liquide en sortie du condenseur 122, le fluide 15 frigorigène passe dans le détendeur 112 afin de subir une baisse de détente baissant sa pression et de ce fait le fluide frigorigène passe dans un état diphasique comprenant une phase liquide et une phase gazeuse, - le fluide frigorigène dans l'état diphasique passe ensuite par l'évaporateur 111 et est vaporisé par un échange de chaleur avec le premier fluide F10, 20 - le fluide frigorigène dans une phase gazeuse à la sortie de l'évaporateur 111 est ensuite aspiré par l'éjecteur 121 en même temps que du fluide frigorigène en phase gazeuse issu du deuxième circuit réfrigérant 130, ce fluide frigorigène issu du deuxième circuit réfrigérant 130 faisant office de vapeur motrice de l'éjecteur 121, ceci de manière à comprimer le fluide frigorigène issu du premier circuit 25 réfrigérant 110, le fluide frigorigène dans une phase gazeuse est ensuite introduit dans le condenseur 122 qui permet afin de passer le fluide frigorigène issu de l'éjecteur 121 d'une phase gazeuse à une phase liquide par une transmission de calories au fluide refroidissement F20, 12 le fluide frigorigène en phase liquide est ensuite distribué au premier et deuxième circuit réfrigérant, la partie distribuée au premier circuit réfrigérant étant amené au détendeur 112.

Dans le cadre du deuxième cycle d'échange thermique, correspondant au deuxième circuit réfrigérant 130, le fluide frigorigène passe par les étapes suivantes : - dans une phase liquide en sortie du condenseur 122, le fluide frigorigène passe dans la pompe hydraulique 132 afin d'en augmenter la pression, - le fluide frigorigène dans un état liquide passe par le bouilleur 131 afin que le fluide frigorigène qui se trouve dans la phase liquide soit vaporisé pour se 10 retrouver dans une phase gazeuse à la sortie du bouilleur 131, ceci par un prélèvement de calories à partir du deuxième fluide F30, - le fluide frigorigène dans une phase gazeuse est ensuite introduit dans l'éjecteur permettant ainsi l'aspiration du fluide frigorigène en phase gazeuse issu du premier circuit réfrigérant 110, le fluide frigorigène issu du deuxième circuit 15 réfrigérant 130 faisant office de vapeur motrice de l'éjecteur 121, ceci de manière à comprimer le fluide frigorigène issu du premier circuit réfrigérant 110, le fluide frigorigène dans une phase gazeuse est ensuite introduit dans le condenseur 122 qui permet afin de passer le fluide frigorigène issu de l'éjecteur 121 d'une phase gazeuse à une phase liquide par une transmission de calories au fluide 20 de refroidissement F20, - le fluide frigorigène en phase liquide est ensuite distribué au premier circuit réfrigérant 110 et au deuxième circuit réfrigérant 130, la partie distribuée au deuxième circuit réfrigérant 130 étant pompée par la pompe hydraulique 132.

Un tel système d'échange thermique permet ainsi de fournir un échange 25 thermique entre le premier fluide F10 et le fluide de refroidissement F20 ceci en bénéficiant d'une compression thermique ( plus précisément une thermo-compression) du fluide frigorigène notamment fourni par le passage du fluide frigorigène dans le deuxième circuit réfrigérant et donc par l'échange thermique entre le deuxième fluide F30 et le fluide de refroidissement F20.

13 Le système d'échange thermique peut être mis en oeuvre sur n'importe quelle partie de la turbomachine nécessitant le refroidissement d'un fluide.

Ainsi, comme cela est décrit dans la suite de ce document, la première partie de la turbomachine peut être notamment, et de manière non limitative, sélectionnée parmi : - la zone inter compresseur 15 comprise entre le compresseur basse pression 14 et le compresseur haute pression 16 de la turbomachine 10, le premier fluide F10 étant le flux d'air compressé par le compresseur basse pression 14 avant sa distribution au compresseur haute pression 16, - le circuit de prélèvement d'air 17 à destination d'un système de 10 conditionnement d'air vers la cabine de l'aéronef, le circuit de prélèvement 17 étant configuré pour prélever de l'air au niveau d'un compresseur de la turbomachine parmi le compresseur basse pression 14 et le compresseur haute pression 16, le premier fluide F10 étant l'air prélevé dans ledit compresseur 14, 16, - un circuit de lubrification de la turbomachine, 15 - le premier fluide F10 étant une huile de lubrification de la turbomachine.

Selon une première possibilité de l'invention, le deuxième fluide F30 peut également être un fluide de la première partie de turbomachine.

Le deuxième fluide est préférentiellement un fluide amont, voire aval, 20 au premier fluide F10 dans le sens d'écoulement des gaz de la turbomachine 10, figuré sur la figure 1 par la flèche F1, et présente une nature identique audit premier fluide F10.

Selon une deuxième possibilité, le deuxième fluide F30 peut être un fluide d'une deuxième partie de turbomachine 10.

Selon cette deuxième possibilité, la deuxième partie de turbomachine 10 peut être notamment, et de manière non limitative, 25 sélectionnée parmi : - une zone d'échappement telle que la tuyère 30 de la turbomachine, le deuxième fluide F30 étant un gaz d'échappement prélevé en aval de la sortie de la turbine basse pression 22, - la zone inter compresseur 15 comprise entre le compresseur basse 30 pression 14 et le compresseur haute pression 16 de la turbomachine 10, le deuxième 14 fluide F30 étant le flux d'air compressé par le compresseur basse pression 14 avant sa distribution au compresseur haute pression 16, - le circuit de prélèvement d'air 17 à destination d'un système de contrôle environnemental de l'aéronef, le circuit de prélèvement 17 étant configuré pour prélever de l'air au niveau d'un compresseur de la turbomachine 10 parmi le compresseur basse pression 14 et le compresseur haute pression 16, le deuxième fluide F30 étant l'air prélevé dans ledit compresseur 14, 16, - un circuit de lubrification de la turbomachine 10, le deuxième fluide F30 étant une huile de lubrification dudit circuit de lubrification, 10 étant entendu que la deuxième partie est alors différente de la première partie de turbomachine En ce qui concerne le fluide de refroidissement F20, celui-ci peut être par exemple, sélectionné parmi : - un flux d'air passant F3 dans une veine de la turbomachine 10, 15 - un flux d'air extérieur F4 de la turbomachine, le condenseur 122 étant installé au niveau d'un carter extérieur de la turbomachine 10.

On notera qu'en variante de l'invention, non illustrée, il est également possible de substituer le flux d'air F20 par un fluide de la turbomachine 10, tel qu'un carburant de ladite turbomachine, destiné à être chauffé en fonctionnement de la 20 turbomachine 10.Dans le cas d'utilisation de l'air extérieur F4 pour le refroidissement, afin de compenser la traînée aérodynamique produite par le condenseur 122, le condenseur 122 est préférentiellement conformé pour bénéficier au moins partiellement de l'effet Meredith.

Selon un premier exemple de mise en oeuvre illustré sur la figure 3, la 25 première partie de turbomachine est la zone inter compresseur 15 comprise entre le compresseur basse pression 14 et le compresseur haute pression 16 de la turbomachine 10, le premier fluide F10 étant le flux d'air compressé par le compresseur basse pression 14 avant sa distribution au compresseur haute pression 16.

La deuxième partie de turbomachine est la tuyère 30 de la turbomachine, le deuxième fluide F30 étant le gaz 30 d'échappement après un passage par les turbines haute et basse pression 20, 22.

15 Ce premier exemple de mise en oeuvre permet, en réduisant la température du flux d'air passant par zone inter compresseur 15 dans l'évaporateur, d'optimiser le rendement de compression du compresseur haute pression 16.

Cela est rendu possible grâce à l'utilisation d'une zone d'échappement en tant que deuxième partie de la turbomachine qui permet de bénéficier d'un réservoir important de chaleur à utiliser dans le deuxième circuit réfrigérant 130 par le bouilleur 131 pour la compression du fluide frigorigène.

Dans le deuxième exemple de mise en oeuvre illustré sur la figure 4, le système d'échange thermique 100 se différencie de celui du premier exemple de mise en 10 oeuvre en ce que la première partie de turbomachine est le circuit de prélèvement d'air 17 à destination d'un système de conditionnement d'air d'un aéronef, le circuit de prélèvement 17 étant configuré pour prélever de l'air au niveau d'un compresseur de la turbomachine parmi le compresseur basse pression 14 et le compresseur haute pression 16, le premier fluide F10 étant l'air prélevé dans ledit compresseur 14, 16.

15 Ainsi, selon ce deuxième exemple de mise en oeuvre, il est possible d'obtenir un abaissement de la température de l'air prélevé efficace et utilisant des échangeurs thermiques de dimensions réduites.

Dans le troisième exemple de mise en oeuvre illustré sur la figure 5, le système d'échange thermique 100 se différencie de celui du deuxième exemple de mise 20 en oeuvre en ce qu'il n'est pas prévu de deuxième partie de turbomachine, la première partie de turbomachine 10 étant le système d'échange thermique 17, le premier et le deuxième fluide F10, F30 est l'air prélevé des compresseurs pour le conditionnement d'air de la cabine de l'aéronef.

De cette manière le refroidissement de l'air prélevé est particulièrement 25 efficace.

Dans un quatrième exemple de mise en oeuvre illustré sur la figure 6, le système d'échange thermique 100 se différencie de celui du premier exemple de mise en oeuvre en ce que la deuxième partie de turbomachine est le circuit de prélèvement d'air 17 à destination d'un système de conditionnement d'air d'un aéronef, le circuit de 30 prélèvement 17 étant configuré pour prélever de l'air au niveau d'un compresseur de la 16 turbomachine le deuxième fluide F30 étant l'air prélevé pour le conditionnement d'air de la cabine.

Dans cette configuration, le premier fluide F10 est l'air inter-compresseur.

Il est également possible dans une telle configuration d'inverser le premier et le deuxième fluide F10 et F30, de telle sorte que le deuxième fluide F30 soit l'air inter-compresseur et que le premier fluide F10 soit l'air prélevé pour le conditionnement d'air cabine circulant dans le circuit de prélèvement d'air 17.

De cette manière, un système d'échange thermique selon ce quatrième mode de réalisation permet d'obtenir un refroidissement efficace d'à la fois la zone inter 10 compresseur, optimisant ainsi l'efficacité du compresseur haute pression, et de la température de l'air prélevé envoyé vers le système de conditionnement d'air cabine.

Dans un cinquième exemple de mise en oeuvre de l'invention illustré sur la figure 7, le système d'échange thermique 100 se différencie de celui du premier exemple de mise en oeuvre en ce qu'il n'est pas prévu de deuxième partie de 15 turbomachine, le deuxième fluide F30 étant alors le flux d'air compressé par le compresseur basse pression 14 avant sa distribution au compresseur haute pression 16.

Les premier et deuxième fluides F10 et F30 sont donc tous deux des débits d'air prélevés dans la zone inter-compresseurs 15.

De cette manière, le refroidissement du flux d'air

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Turbomachine (10) comprenant : - au moins une première partie (15, 17) de turbomachine (10), S - un système d'échange thermique (100) agencé dans la turbomachine (10) pour fournir un échange thermique entre un premier fluide (F10) de la première partie (15, 17) de turbomachine et un fluide (F20), dit de refroidissement, ledit fluide de refroidissement (F20) présentant, en fonctionnement de la turbomachine (10), une température inférieure audit premier fluide (F10), la turbomachine (10) étant caractérisée en ce que le système d'échange thermique (100) comprend : un premier et un deuxième circuit réfrigérant (110, 130) dans lesquels est contenu un fluide frigorigène apte à présenter un changement de phase entre une phase liquide et une phase gazeuse dudit fluide frigorigène; 15 le premier circuit réfrigérant (110) comprenant au moins un premier système de vaporisation du fluide frigorigène interceptant le premier fluide (F10), le premier système de vaporisation étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène d'une phase au moins partiellement liquide à une phase gazeuse par un prélèvement de calories à partir du premier fluide (F10), 20 le deuxième circuit réfrigérant (130) comprenant au moins un deuxième système de vaporisation du fluide frigorigène interceptant un deuxième fluide (F30) de la turbomachine, le deuxième système de vaporisation étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène d'une phase liquide à une phase gazeuse par un prélèvement de calories à partir du deuxième fluide (F30), 25 dans lequel le premier et le deuxième circuit réfrigérant (110, 130) comporte une portion de circuit réfrigérant (120) commune comprenant un éjecteur (121) dans lequel est injecté du fluide frigorigène sous phase gazeuse à partir du premier et du deuxième circuit réfrigérant (110, 130) après un passage respectif par le premier et le deuxième système de vaporisation, le fluide 18 frigorigène provenant du deuxième circuit ré g n (130) formant une vapeur motrice dudit éjecteur (121), ins un condenseur (122) agencé pour intercepter le fluide de refroidissement(F20), le condenseur (122) étant agencé pour entraîner un passage du fluide frigorigène issu de l'éjecteur (121) d'une phase gazeuse à une phase liquide par une transmission de calories au fluide de refroidissement(F20).
2. 2. Turbomachine (10) selon la revendication 1, dans lequel le deuxième circuit réfrigérant (130) comporte en outre : - une pompe hydraulique (132) cimentée en fluide frigorigène sous phase liquide à partir du condenseur (122), - un bouilleur (131) formant le deuxième système de vaporisation.
3. 3. Turbomachine (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le deuxième fluide (F30) est un fluide de la première partie (15, 17) de turbomachine (10), le deuxième fluide étant préférentiellement un fluide amont, voire aval, au premier fluide (F10) dans le sens d'écoulement des gaz de la turbomachine présentant une nature identique audit premier fluide (F10).
4. 4. Turbomachine (10) selon la revendication 1 ou 2 comprenant en outre une deuxième partie (30, 15, 17) de turbomachine (10) distincte de la première partie (15, 17), le deuxième fluide (F30) étant un fluide de la deuxième partie (30, 15, 17) de turbomachine (10).
5. 5. Turbomachine (10) selon la revendication 4, dans quelle la deuxième partie de turbomachine (30, 15, 17) est sélectionnée parmi : - une zone d'échappement telle qu'une tuyère (30) de la turbomachine, le deuxième fluide étant un gaz. d'échappement à l'aval de la turbine basse pression (22), 19 - une zone de la turbomachine (15) comprise entre un compresseur basse pression (14) et un compresseur haute pression (16) de la turbomachine, le deuxième fluide (F30) étant de l'air compressé par la compresseur basse pression (14), - un circuit de prélèvement d'air (17) à destination d'un système de S conditionnement d'air d'un aéronef, le circuit de prélèvement (17) étant configure pour prélever de l'air au niveau d'un compresseur de la turbomachine (14, 16), le deuxième fluide (F30) étant de l'air prélevé au niveau dudit compresseur (14, 16) pour la cabine de l'aéronef, - un circuit de lubrification a turbomachine (10), le deuxième luide 10 (F30) étant une huile de lubrification dudit circuit de lubrification de la turbomachine (10). 6, Turbomachine (10) selon !'une: quelconque des revend t. dans lequel la première partie de turbomachine est sélectionnée parmi - une zone de la turbomachine (15) comprise entre un compresseur basse 15 pression (14) et un compresseur haute pression (16) de la turbomachine (10), le premier fluide (F10) étant de l'air compressé par la compresseur basse pression (14), - un circuit de prélèvement d'air (17) à destination d'un système de conditionnement d'air pour la cabine d'un aéronef, le circuit de prélèvement (17) étant configure pour prélever de Vair au niveau d'un compresseur de la turbomachine (14; 16), 20 le premier fluide (F10) étant de l'air prélevé au niveau dudit compresseur (14, 16), - un circuit de lubrification de la turbomachine (10), le premier fluide nt une huile de lubrification dudit circuit de lubrification de la turbomachine. 7. Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 25 dans laquelle le fluide de refroidissement (F20) est séiectionné parmi : - un flux d'air passant (F3) dans une veine de la turbomachine (10), - un flux d'air extérieur (F4) de la turbomachine (10), le condenseur (122) tallé au niveau d'un carter (24) extérieur de la turbomachine (10), - un fluide de la turbomachine (10), tel qu'un carburant de ladite turbomachine, destiné à etre chauffé en fonctionnement de la turbomachine (10), 20 8. Turbomachine (10) selon la revendication 7, dans laquelle le fluide de refroidissement (F20) est un flux d'air extérieur de la turbomachine (10), le condenseur (122) étant conformé pour bénéficier au moins partiellement de l'effet Meredith. 5 9. Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le premier circuit réfrigérant (110) comporte - un détendeur (112) configuré pour abaisser la pression du fluide frigorigène issu du condensateur (122) afin de fournir un fluide frigorigène diphasique 10 présentant à la fois une phase liquide et une phase gazeuse, - un évaporateur (111) formant le premier système de vaporisation. 10. Aéronef comprenant une rbomachine selon l'une quelconque er) revendications 1 à 9.