FR3133596A1 - Circuit de refroidissement pour aeronef et procede de protection du circuit de refroidissement - Google Patents
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Abstract
Un circuit de refroidissement (100) pour aéronef, fermé, comporte au moins un segment principal (11) et au moins deux segments secondaires (12a, 12b, 12c, 12d), dans lesquels circule un fluide caloporteur. Chaque segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) comporte : un dispositif de détection de fuite (17a, 17b, 17c, 17d), une vanne d’arrêt (15a, 15b, 15c, 15d), et un clapet anti-retour (16a, 16b, 16c, 16d). Le circuit de refroidissement (100) comporte en outre de la circuiterie électronique configurée pour fermer la vanne d’arrêt (15a, 15b, 15c, 15d) d’un segment secondaire lorsqu’une fuite est détectée par le dispositif de détection de fuite dudit segment secondaire. Il est ainsi possible d’isoler un segment secondaire lorsqu’une fuite est détectée dans ledit segment secondaire et de protéger des fonctionnalités assurées par des éléments refroidis par le circuit de refroidissement. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine des circuits de refroidissement dans un aéronef et concerne plus particulièrement la protection d’éléments de l’aéronef refroidis par les circuits de refroidissement en cas de fuite.
L’hydrogène liquide est un fluide cryogénique qui peut être utilisé comme source d’énergie pour la production d’électricité. Ainsi, par exemple, il est possible d’utiliser une pile à hydrogène pour alimenter des systèmes de commande de vol et de communication d’un aéronef, ainsi qu’un système d’éclairage à bord et différents dispositifs accessoires utilisés à bord de l’aéronef. L’hydrogène liquide peut également servir de source d’énergie pour la propulsion de l’aéronef, en alimentant une pile à combustible ou encore par combustion directe, ce qui présente l’avantage de ne rejeter que de l’eau dans l’atmosphère.
Une telle pile à combustible génère de la chaleur, qui nécessite d’être gérée pour maintenir ou accroître le rendement de la pile à combustible. En outre, il est nécessaire de gérer de la chaleur générée par des systèmes embarqués dans l’aéronef. Un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur peut alors être utilisé dans l’aéronef afin de refroidir des piles à combustibles et/ou des systèmes embarqués, par le biais d’échangeurs thermiques.
Toutefois, des fuites peuvent survenir sur un tel circuit de refroidissement, dégradant alors les performances de refroidissement des piles à combustibles et/ou systèmes embarqués. Cela peut entraîner une indisponibilité de l’ensemble des éléments que sont les piles à combustible ou systèmes embarqués.
Il existe par conséquent un besoin d’améliorer cette situation.
Il est souhaitable de fournir une solution qui permette de gérer une fuite survenant sur un circuit de refroidissement, tout en préservant les fonctionnalités implémentées par des éléments de l’aéronef refroidis par un tel circuit de refroidissement. Il est notamment souhaitable de garantir la disponibilité d’un système de propulsion de l’aéronef en cas de fuite survenant sur un tel circuit de refroidissement lorsque ledit circuit de refroidissement est utilisé pour refroidir des piles à combustible alimentant ce système de propulsion.
Il est ainsi souhaitable de fournir une solution qui soit légère et facile à installer.
Il est proposé un circuit de refroidissement pour un aéronef, le circuit de refroidissement étant destiné à refroidir des éléments fonctionnels de l’aéronef, un fluide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement dans un sens d’écoulement prédéfini, le circuit de refroidissement étant un circuit fermé et comportant au moins un segment principal, le flux du fluide caloporteur circulant en intégralité dans l’au moins un segment principal. Le circuit de refroidissement comporte en outre au moins deux segments secondaires, le flux du fluide caloporteur étant distribué parallèlement dans les différents segments secondaires, et chaque segment secondaire est agencé pour refroidir au moins un des éléments fonctionnels et comporte :
- un dispositif de détection de fuite,
- une vanne d’arrêt, la vanne d’arrêt étant située à l’entrée du segment secondaire relativement au sens d’écoulement prédéfini,
- un clapet anti-retour destiné à empêcher un reflux du fluide caloporteur à travers le segment secondaire dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini, le clapet anti-retour étant situé à la sortie du segment secondaire, relativement au sens d’écoulement prédéfini.
Le circuit de refroidissement comporte en outre de la circuiterie électronique configurée pour déclencher la fermeture de la vanne d’arrêt d’un dit segment secondaire lorsqu’une fuite est détectée par le dispositif de détection de fuite dudit segment secondaire, de sorte à arrêter la circulation du fluide caloporteur à travers le segment secondaire.
Ainsi, il est possible d’isoler un segment secondaire lorsqu’une fuite est détectée dans ledit segment secondaire, afin de maintenir le fonctionnement et le rendement des éléments fonctionnels refroidis par le circuit de refroidissement et qui sont situés sur d’autres segments du circuit de refroidissement que le segment secondaire sur lequel la fuite est détectée. Il est alors possible de protéger des fonctionnalités assurées par lesdits éléments en cas de fuite, sans augmenter significativement la masse du circuit de refroidissement et donc en conservant les performances de l’aéronef.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins deux éléments fonctionnels refroidis par le circuit de refroidissement sont des piles à combustible et chaque pile à combustible est située sur un segment secondaire distinct.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de détection de fuite comporte une canalisation de drainage agencée pour récupérer au moins une partie du fluide caloporteur s’écoulant hors du segment secondaire en cas de fuite, et comporte en outre un capteur d’humidité situé dans la canalisation de drainage.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de détection de fuite est un capteur acoustique associé à de la circuiterie électronique, ladite circuiterie électronique comportant des moyens pour déterminer, par comparaison d’un signal capté par le capteur acoustique avec des signatures acoustiques de fuites mémorisées, si ledit signal est représentatif d’une fuite.
Selon un mode de réalisation, au moins un segment secondaire du circuit de refroidissement comporte en outre au moins un échangeur thermique, ledit échangeur thermique étant destiné à refroidir un des éléments fonctionnels ou un fluide utilisé par l’un des éléments fonctionnels.
Il est également proposé un aéronef comportant un tel circuit de refroidissement, dans l’un quelconque de ses modes de réalisation.
Il est également proposé un procédé de protection d’un circuit de refroidissement d’un aéronef, le circuit de refroidissement étant destiné à refroidir des éléments fonctionnels de l’aéronef. Un fluide caloporteur circule dans un sens d’écoulement prédéfini dans le circuit de refroidissement. Le circuit de refroidissement est un circuit fermé et comportant au moins un segment principal, le flux du fluide caloporteur circulant en intégralité dans l’au moins un segment principal. Le circuit de refroidissement comporte en outre au moins deux segments secondaires, le flux du fluide caloporteur étant distribué parallèlement dans les différents circuits segments secondaires, chaque segment secondaire étant agencé pour refroidir au moins un des éléments fonctionnels. Le procédé comporte les étapes suivantes :
- détecter, pour chaque segment secondaire, si une fuite de fluide caloporteur est présente,
- arrêter la circulation du fluide caloporteur à travers un dit segment secondaire lorsqu’une fuite de fluide caloporteur est détectée dans ledit segment secondaire,
- empêcher un reflux du fluide caloporteur à travers ledit segment secondaire dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini.
Selon un mode de réalisation particulier, l’étape d’arrêter la circulation du fluide caloporteur à travers le segment secondaire comporte d’arrêter l’écoulement du fluide caloporteur à un endroit situé à l’entrée du segment secondaire, relativement au sens d’écoulement prédéfini.
Selon un mode de réalisation particulier, l’étape d’empêcher le reflux du fluide caloporteur à travers le segment secondaire comporte d’arrêter l’écoulement du fluide caloporteur dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini, à un endroit situé à la sortie du segment secondaire, relativement au sens d’écoulement prédéfini.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins deux éléments fonctionnels refroidis par le circuit de refroidissement sont des piles à combustible et chaque pile à combustible est située sur un segment secondaire distinct.
Il est également proposé un produit programme d’ordinateur, qui peut être stocké sur un support et/ou téléchargé d’un réseau de communication, afin d’être lu par un processeur. Ce programme d’ordinateur comprend des instructions pour implémenter le procédé mentionné ci-dessus dans l’un quelconque de ses modes de réalisation, lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par le processeur. L’invention concerne également un support de stockage d’informations stockant un tel programme d’ordinateur comprenant des instructions pour implémenter le procédé mentionné ci-dessus dans l’un quelconque de ses modes de réalisation lorsque ledit programme d’ordinateur est lu depuis ledit support de stockage et exécuté par le processeur.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION
La illustre ainsi schématiquement un circuit de refroidissement 100 d’un aéronef 1 selon un mode de réalisation particulier.
Le circuit de refroidissement 100 comporte un fluide caloporteur circulant, en circuit fermé, dans une canalisation, selon un sens d’écoulement prédéfini 101. Le sens d’écoulement prédéfini 101 est défini par des moyens de mise en circulation dudit fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement, comme une pompe 102. Selon un mode de réalisation, le fluide caloporteur est de l’eau glycolée.
Le circuit de refroidissement 100 comporte au moins un segment principal 11 et comporte au moins deux segments secondaires 12a, 12b, 12c, 12d. L’intégralité du flux du fluide caloporteur circule à travers l’au moins un segment principal 11. En outre, le flux du fluide caloporteur qui circule dans le segment principal 11 est distribué dans les différents segments secondaires 12a, 12b, 12c, 12d. Autrement dit, le segment principal 11 permet d’alimenter parallèlement les segments secondaires 12a, 12b, 12c, 12d en fluide caloporteur.
Par exemple, selon le mode de réalisation représenté en , l’intégralité du flux du fluide caloporteur circulant dans le segment principal 11 est distribué, au niveau d’une première jonction 103 en une première fraction circulant à travers le segment secondaire 12a et une fraction intermédiaire initiale circulant dans un segment intermédiaire 110a afin d’être distribuée dans les segments secondaires 12b, 12c et 12d. La fraction intermédiaire initiale du flux du fluide caloporteur est alors distribuée, au niveau d’une deuxième jonction 104 entre une deuxième fraction circulant dans le segment secondaire 12b et une fraction intermédiaire secondaire circulant dans un segment intermédiaire 110b Enfin, la fraction intermédiaire secondaire du flux du fluide caloporteur est distribuée, au niveau d’une troisième jonction 105 entre une troisième fraction circulant dans le segment secondaire 12c et une quatrième fraction circulant dans le segment secondaire 12d. Lesdites première, deuxième, troisième et quatrième fractions du flux du fluide caloporteur se rejoignent, à la sortie des segments secondaires 12a, 12b, 12c, 12d, au niveau d’une jonction 106 pour la quatrième et la troisième fractions, rejoignant elles-mêmes, par le biais d’un segment intermédiaire 110c, la deuxième fraction au niveau d’une jonction 107, et rejoignant à leur tour, par le biais d’un segment intermédiaire 110d, la première fraction au niveau d’une jonction 108.
Selon un mode de réalisation alternatif (non représenté), l’intégralité du flux du fluide caloporteur circulant dans le segment principal 11 est distribué au niveau d’une jonction unique d’entrée entre une première fraction circulant dans un premier segment secondaire, une deuxième fraction circulant dans un deuxième segment secondaire, une troisième fraction circulant dans un troisième segment secondaire et une quatrième fraction circulant dans un quatrième segment secondaire. A la sortie des segments secondaires, lesdites fractions de flux du fluide caloporteur peuvent aussi se rejoindre dans la conduite principale 11 en une jonction unique de sortie.
Le circuit de refroidissement 100 est destiné à refroidir des éléments fonctionnels EF de l’aéronef 1. A cette fin, chaque segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d est agencé pour refroidir au moins un élément fonctionnel EF de l’aéronef 1. Le refroidissement peut être obtenu par conduction thermique, à travers la paroi de la canalisation du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, entre le fluide caloporteur et l’élément fonctionnel EF. Alternativement, le segment secondaire (par exemple 12a) comporte un échangeur thermique 13a permettant d’effectuer un échange thermique entre le fluide caloporteur et l’élément fonctionnel EF. Selon une autre alternative, le segment secondaire 12d comporte un échangeur thermique 13d permettant d’effectuer un échange thermique entre le fluide caloporteur et un autre fluide circulant dans une canalisation 14d. L’autre fluide peut ainsi être lui-même refroidi (par exemple de l’huile utilisée dans un moteur) et être transporté afin de refroidir un élément fonctionnel EF de l’aéronef 1.
Chaque segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d comporte en outre une vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d située à l'entrée du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d relativement au sens d’écoulement prédéfini 101, autrement dit entre l’entrée dudit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d et l’au moins un élément fonctionnel EF ou l’échangeur thermique 13a, 13d situé sur ledit segment secondaire.
L’entrée du segment secondaire est située au niveau de la jonction entre le segment principal 11 et ledit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, du côté de l’entrée du fluide caloporteur dans le segment secondaire par rapport au sens d’écoulement prédéfini 101. Alternativement, lorsque le fluide caloporteur circule dans un segment intermédiaire 110a, 110b avant d’entrer dans le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, l’entrée du segment secondaire en question est située au niveau de la jonction entre le dernier segment intermédiaire 110a 110b par lequel circule le fluide caloporteur avant d’entrer dans le segment secondaire 12a, 12b 12c, 12d et ledit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d. Par exemple, l’entrée du segment secondaire 12a est située au niveau de la jonction 103, l’entrée du segment secondaire 12b est située au niveau de la jonction 104, les entrées des segments secondaires 12c et 12d sont situées au niveau de la jonction 105.
Dit autrement, l’entrée du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d se situe, du côté de l’entrée du fluide caloporteur dans le segment secondaire par rapport au sens d’écoulement prédéfini 101, à la jonction entre ledit segment secondaire et un segment antérieur du circuit de refroidissement le plus proche dudit segment secondaire et par lequel passe une fraction du flux du fluide caloporteur plus grande que la fraction de fluide caloporteur circulant dans ledit segment secondaire et comprenant ladite fraction de fluide caloporteur circulant dans ledit segment secondaire, ledit segment antérieur de circuit de refroidissement pouvant être le segment principal 11 ou un segment intermédiaire 110a, 110b.
Chaque vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d permet ainsi d’arrêter la circulation du fluide caloporteur à travers le segment secondaire en question 12a, 12b, 12c, 12d lorsque ladite vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d est déclenchée, tout en maintenant la circulation du fluide caloporteur dans les autres segments secondaires 12a, 12b, 12c, 12d. Lorsque la vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d n’est pas déclenchée, autrement dit lorsque la vanne d’arrêt est dans un état inactif, le fluide caloporteur circule normalement à travers ladite vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d et donc à travers le segment secondaire respectif 12a, 12b, 12c, 12d.
Chaque segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d comporte en outre un clapet anti-retour 16a, 16b, 16c, 16d. Chaque clapet anti-retour 16a, 16b, 16c, 16d est destiné à empêcher un reflux du fluide caloporteur à travers le segment secondaire en question 12a, 12b, 12c, 12d, autrement dit destiné à empêcher la circulation du fluide caloporteur dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini 101 dans ledit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d.
Chaque clapet anti-retour 16a, 16b, 16c, 16d est situé à la sortie dudit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, relativement au sens d’écoulement prédéfini 101. Autrement dit, chaque clapet anti-retour 16a, 16b, 16c, 16d est situé entre l’élément fonctionnel EF ou l’échangeur thermique 13a, 13d situé sur le segment secondaire et la sortie dudit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d.
La sortie du segment secondaire est située au niveau de la jonction entre le segment principal 11 et ledit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, du côté de la sortie du fluide caloporteur du segment secondaire par rapport au sens d’écoulement prédéfini 101. Alternativement, lorsque le fluide caloporteur circule, en sortant du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, dans un segment intermédiaire avant de rejoindre le segment principal 11 entre le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, la sortie du segment secondaire en question est située au niveau de la jonction entre ledit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d et le premier segment intermédiaire par lequel circule le fluide caloporteur avant de rejoindre le segment principal 11. Par exemple, la sortie du segment secondaire 12a est située au niveau de la jonction 108, la sortie du segment secondaire 12b est située au niveau de la jonction 107, les sorties des segments secondaires 12c et 12d sont situées au niveau de la jonction 106.
Dit autrement, la sortie du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d se situe, du côté de la sortie du fluide caloporteur du segment secondaire par rapport au sens d’écoulement prédéfini 101, à la jonction entre ledit segment secondaire et un segment postérieur du circuit de refroidissement le plus proche dudit segment secondaire et par lequel passe une fraction du flux du fluide caloporteur plus grande que la fraction de fluide caloporteur circulant dans ledit segment secondaire et comprenant ladite fraction de fluide caloporteur circulant dans ledit segment secondaire, ledit segment postérieur de circuit de refroidissement pouvant être le segment principal 11 ou un segment intermédiaire.
Ainsi, lorsque la vanne d’arrêt d’un segment secondaire (par exemple 12b) est déclenchée, la pression du fluide caloporteur dans les autres segments secondaires (12a, 12c, 12d) place le clapet anti-retour (16b) correspondant en position fermée, et empêche ainsi un reflux du fluide caloporteur dans le segment secondaire en question (12b) dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini 101.
Chaque segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d comporte en outre un détecteur de fuite 17a, 17b, 17c, 17d permettant de détecter si une fuite est présente sur ledit segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, autrement dit si une partie du flux du fluide caloporteur s’écoule hors de la canalisation formant le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, dans une zone située entre la vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d et le clapet anti-retour 16a, 16b, 16c, 16d. Le détecteur de fuite 17a, 17b, 17c, 17d est agencé pour détecter une fuite potentielle du fluide caloporteur entre la vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d et le clapet anti- retour 16a, 16b, 16c, 16d dans le segment secondaire correspondant 12a, 12b, 12c, 12d. Le détecteur de fuite 17a, 17b, 17c, 17d est par exemple un capteur acoustique, tel qu’un réseau de Bragg dans une fibre optique, permettant de détecter des signatures acoustiques de fuites de liquide dans une canalisation. Une circuiterie électronique, associée au capteur acoustique, comporte une copie desdites signatures acoustiques de fuites et comporte en outre des moyens de comparaison entre un signal capté par le capteur acoustique et des signatures acoustiques de fuites en mémoire. Ladite circuiterie électronique associée au capteur acoustique permet ainsi de déterminer si un signal capté par le capteur acoustique est représentatif d’une fuite. Alternativement, la circuiterie électronique implémente un algorithme de traitement de signaux afin de retrouver par analyse mathématique d’un signal capté par le capteur acoustique, la présence d’une signature représentative d’une fuite.
Selon un autre exemple, le détecteur de fuite 17a, 17b, 17c, 17d est un capteur d’humidité placé dans une canalisation de drainage dédiée à la détection de fuite et associée au segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d en question. La canalisation de drainage est par exemple installée autour de la canalisation du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d de sorte qu’en cas de fuite du fluide caloporteur hors de la canalisation du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, une partie du fluide caloporteur se retrouve dans la canalisation de drainage. Le capteur d’humidité détecte alors la présence de fluide caloporteur dans la canalisation de drainage et transmet une information représentative d’une fuite dans le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d en question. Le capteur d’humidité peut par exemple être un capteur à fibre optique, une vanne à flotteur ou un capteur à réflexion.
Le circuit de refroidissement comporte en outre une unité de contrôle 400 (non représentée en ), alternativement un ensemble d’unités de contrôle 400, capable de recevoir, en provenance de chaque détecteur de fuite 17a, 17b, 17c, 17d, des informations représentatives de la présence d’une fuite sur les segments secondaires 12a, 12b, 12c, 12d respectifs. L’unité de contrôle 400, alternativement l’ensemble d’unités de contrôle 400, est en outre capable de transmettre des instructions à chaque vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d afin de déclencher ladite vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d lorsqu’une information représentative de la présence d’une fuite est détectée sur le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d sur lequel se trouve ladite vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d.
Ainsi, lorsqu’une fuite de fluide caloporteur est détectée dans un segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d, la circulation du fluide caloporteur à travers le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d est arrêtée par le déclenchement de la vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d associée.
Le circuit de refroidissement 100 comporte en outre un échangeur thermique de second type 111 destiné à permettre un échange thermique de second type entre le fluide caloporteur et un autre fluide, dit fluide de refroidissement, circulant dans une canalisation 112. Ledit échange thermique de second type entraîne un transfert de chaleur du fluide caloporteur vers le fluide de refroidissement, permettant ainsi de refroidir le fluide caloporteur qui a été réchauffé par les différents échanges thermiques de premier type. Selon un mode de réalisation particulier, l’échangeur thermique de second type 111 est un échangeur à air dynamique (ou « ram air » en anglais), le fluide de refroidissement étant alors de l’air dynamique. La quantité d’air dynamique envoyée dans l’échangeur thermique 111 de second type peut être contrôlée afin de permettre le contrôle de la température du fluide caloporteur en sortie de l’échangeur thermique 111 et ainsi de contrôler la température des éléments fonctionnels EF de l’aéronef 1.
Les éléments fonctionnels EF de l’aéronef 1 refroidis par le circuit de refroidissement 100 peuvent être des piles à combustible ou des systèmes embarqués parmi lesquels : des convertisseurs de courant de type continu-continu, des pompes de recirculation de dihydrogène, des boîtes de distribution électrique de puissance, un compresseur d’air de moteur à turbine, une unité de contrôle d’un moteur à propulsion ou encore une unité de contrôle d’un moteur de pompe de fluide caloporteur.
Selon un mode de réalisation particulier, le circuit de refroidissement 100 est destiné à refroidir au moins deux piles à combustible 21a, 21b, 21c. Chaque pile à combustible 21a, 21b, 21c est située sur un segment secondaire 12a, 12b, 12c distinct.
Par exemple, comme illustré en , le segment secondaire 12a est agencé pour refroidir une première pile à combustible 21a. Selon un exemple de réalisation, la pile à combustible 21a comporte des voies de refroidissement intégrées qui sont traversées par le fluide caloporteur circulant dans le segment secondaire 12a. Les voies de refroidissement agissent comme un échangeur thermique permettant ainsi d’effectuer un transfert de chaleur depuis la pile à combustible vers le fluide caloporteur et ainsi refroidir la pile à combustible 21a.
Parallèlement au segment secondaire 12a, le segment secondaire 12b est agencé pour refroidir une deuxième pile à combustible 21b.
Parallèlement aux segments secondaires 12a et 12b, le segment secondaire 12c est agencé pour refroidir une troisième pile à combustible 21c.
Le segment secondaire 12d peut être utilisé pour refroidir un autre élément fonctionnel EF de l’aéronef 1 tel que ceux cités en .
Dit autrement, chacun des segments secondaires distincts, respectivement 12a, 12b et 12c est destiné à refroidir une pile à combustible distincte, respectivement 21a, 21b et 21c.
Lorsqu’une fuite survient sur l’un des segments secondaires 12a, 12b ou 12c, par exemple sur le segment secondaire 12a, la détection de la fuite par le détecteur de fuite 17a entraîne le déclenchement de la vanne d’arrêt 15a, ce qui arrête la circulation du fluide caloporteur dans ledit segment secondaire 12a. La pile à combustible 21a ne peut donc plus être refroidie, ce qui entraîne une baisse de rendement et peut nécessiter l’arrêt de la pile à combustible 21a mais les autres piles à combustibles 21b, 21c peuvent continuer à fonctionner sans perte de puissance. Ainsi, il est possible de préserver une puissance minimale de la poussée de l’aéronef 1 même en cas de fuite du fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement 100. De plus, le fonctionnement de tout autre élément fonctionnel EF de l’aéronef 1 refroidi par le segment secondaire 12d est maintenu. En outre, la préservation de la puissance minimale de poussée et le maintien des fonctionnalités assurées par les systèmes embarqués sont obtenus sans augmenter significativement la masse du circuit de refroidissement, ce qui permet de conserver les performances de l’aéronef 1 et limite l’augmentation de la traînée de l’aéronef 1.
La illustre schématiquement l’aéronef 1 comportant le circuit de refroidissement 100. L’aéronef 1 comporte des moteurs 30 électriques qui sont alimentés en électricité par des piles à combustible 21a, 21b, 21c fonctionnant avec du dihydrogène. Selon un mode de réalisation particulier, l’aéronef 1 comporte des systèmes autonomes de propulsion à hélice 31 (« pod » en anglais), chacun desdits systèmes autonomes de propulsion à hélice 31 comportant au moins deux piles à combustible 21a, 21b, 21c et comportant un moteur 30 relié électriquement aux piles à combustible 21a, 21b, 21c.
La illustre schématiquement un exemple d’architecture matérielle de l’unité de contrôle 400 du circuit de refroidissement 100. L’unité de contrôle 400 comporte alors, reliés par un bus de communication 410 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 401 ; une mémoire vive RAM (« Random Access Memory » en anglais) 402 ; une mémoire morte ROM (« Read Only Memory » en anglais) 403 ; une unité de stockage ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un disque dur HDD (« Hard Disk Drive » en anglais) 404 ; et une interface 405 permettant de communiquer avec les détecteurs de fuite 17a, 17b, 17c, 17d et avec les vannes d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d.
Le processeur 401 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la RAM 402 à partir de la ROM 403, d’une mémoire externe (non représentée), d’un support de stockage, ou d’un réseau de communication. Lorsque l’unité de contrôle 400 est mise sous tension, le processeur 401 est capable de lire de la RAM 402 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant l’implémentation, par le processeur 401, de tout ou partie des algorithmes et étapes décrits ci-après en relation avec l’unité de contrôle 400.
Ainsi, tout ou partie des algorithmes et étapes décrits ci-après en relation avec l’unité de contrôle 400 peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, telle qu’un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, tel qu’un FPGA (« Field-Programmable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais).
La illustre schématiquement des étapes d’un procédé de protection du circuit de refroidissement 100 de l’aéronef 1. Lesdites étapes forment un algorithme implémenté par l’unité de contrôle 400 du circuit de refroidissement 100, et de manière indépendante pour chaque segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d.
Dans une première étape 501, l’unité de contrôle 400 détermine si une fuite est détectée par le détecteur de fuite 17a, 17b, 17c, 17d du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d en question. Si c’est le cas, une étape 502 est effectuée. Sinon, l’unité de contrôle 400 revient à l’étape 501.
A l’étape 502, l’unité de contrôle 400 déclenche la vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d du segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d sur lequel la fuite a été détectée à l’étape 501 précédente.
Dans une étape 503 suivante, l’unité de contrôle 400 détecte si une opération de maintenance a été effectuée et si la fuite a été réparée. Par exemple, un opérateur de maintenance peut, après avoir réalisé une opération de maintenance, envoyer à l’unité de contrôle 400 une information représentative de la réparation de la fuite en appuyant sur un bouton dédié. Si la fuite a été réparée, une étape 504 est effectuée. Sinon, l’unité de contrôle 400 répète l’étape 503.
A l’étape 504, la vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d qui a été déclenchée à l’étape 502 est ouverte, de sorte à laisser à nouveau passer le fluide caloporteur dans le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d en question. Alternativement, l’unité de contrôle 400 est réinitialisée ou reconfigurée, de sorte à désactiver la vanne d’arrêt 15a, 15b, 15c, 15d et se mettre en attente d’une détection de fuite sur le segment secondaire 12a, 12b, 12c, 12d en question.
L’unité de contrôle 400 revient ensuite à l’étape initiale 501.
La illustre schématiquement le circuit de refroidissement 100 selon un troisième mode de réalisation particulier.
Le circuit de refroidissement 100 comporte alors, reliés entre eux en circuit fermé, un circuit principal 600 et un circuit secondaire 601. Le circuit principal 600 comporte plusieurs portions de segment principal 611a, 611b, 611c, trois segments secondaires 612a, 612b, 612c, et deux segments tertiaires 612e et 612f. A son entrée dans le circuit principal 600, selon le sens d’écoulement prédéfini 101, le fluide caloporteur passe dans une première portion de segment principal 611a, est distribué parallèlement dans les segments secondaires 612a, 612b et 612c, repasse dans une deuxième portion de segment secondaire 611b, est distribué parallèlement dans les segments tertiaires 612e et 612f et revient dans une troisième portion de segment principal 611c. A la sortie de la troisième portion de segment principal 611c, le fluide caloporteur est renvoyé vers la première portion du segment principal 611a et/ou envoyé vers le circuit secondaire 601.
Chaque segment secondaire 612a, 612b, 612c et tertiaire 612e, 612f du circuit principal 600 comporte une vanne d’arrêt 15, située en entrée d’un dit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f relativement au sens d’écoulement prédéfini 101, comporte un clapet anti-retour 16, situé en sortie dudit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f relativement au sens d’écoulement prédéfini 101 et comporte en outre un dispositif de détection de fuite 17, situé entre la vanne d’arrêt 15 et le clapet anti-retour 16 dudit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f.
Chacun des segments secondaires 612a, 612b, 612c est agencé pour refroidir une pile à combustible 21 distincte, située sur le segment secondaire 12a, 12b, 12c en question. Chacun des segments tertiaires 612e, 612f est agencé pour permettre un réchauffement du fluide caloporteur. Ainsi, les segments tertiaires 612e, 612f comportent chacun un échangeur thermique 13 effectuant un échange thermique de second type avec de l’air dynamique (RA) de l’aéronef 1 et permettant ainsi de transférer de la chaleur de l’air dynamique (RA) vers le fluide caloporteur.
Le circuit de refroidissement 100 comporte en outre une unité de contrôle 400 (non représentée en ), alternativement un ensemble d’unités de contrôle 400, sous forme de circuiterie électronique, capable, pour chaque segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f, de recevoir en provenance du détecteur de fuite 17 dudit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f, des informations représentatives de la présence d’une fuite sur ledit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f. L’unité de contrôle 400, alternativement l’ensemble d’unités de contrôle 400, est capable, pour un dit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f, de transmettre des instructions à la vanne d’arrêt 15 dudit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f afin de déclencher ladite vanne d’arrêt 15 lorsqu’une information représentative de la présence d’une fuite est détectée sur ledit segment secondaire 612a, 612b, 612c ou tertiaire 612e, 612f.
Le circuit secondaire 601 comporte un segment principal 61 sur lequel se trouvent une pompe 102 entraînant la circulation du fluide caloporteur dans le sens d’écoulement prédéfini 101 et un réservoir R de fluide caloporteur. Le circuit secondaire 601 comporte en outre au moins deux segments secondaires 62 dans lesquels le fluide caloporteur est distribué parallèlement. Chacun desdits segments secondaires 62 est agencé pour refroidir un élément fonctionnel de l’aéronef 1. Par exemple, deux premiers segments secondaires 62 sont agencés pour refroidir chacun un ensemble de propulsion EP comprenant au moins une unité de contrôle d’un moteur et un moteur électrique. Deux deuxièmes segments secondaires 62 sont agencés pour refroidir chacun un convertisseur continu-continu C. Un troisième segment secondaire 62 est agencé pour refroidir une boîte de distribution électrique de puissance EPD.
Le circuit secondaire 601 comporte, sur le segment principal 61, un échangeur thermique 613 effectuant un échange thermique entre le fluide caloporteur et de l’huile circulant dans une canalisation 64 de sorte à refroidir l’huile. L’huile est par exemple utilisée comme lubrifiant dans une boîte de vitesse B.
La illustre schématiquement le circuit de refroidissement 100 selon un quatrième mode de réalisation particulier. Le circuit de refroidissement 100 selon le quatrième mode de réalisation particulier comporte les éléments du circuit de refroidissement 100 selon le troisième mode de réalisation particulier et comporte en outre, sur chaque segment secondaire 62 du circuit secondaire 601, une vanne d’arrêt 715, un clapet anti-retour 716 et un dispositif de détection de fuite 717. Pour chaque segment secondaire 62, la vanne d’arrêt 715 est placée en entrée du segment secondaire 62, relativement au sens d’écoulement prédéfini 101, le clapet anti-retour 716 est situé en sortie du segment secondaire 62, relativement au sens d’écoulement prédéfini 101 et le dispositif de détection de fuite 717 est situé, sur le segment secondaire 62, entre la vanne d’arrêt 715 et le clapet anti-retour 716.
Le circuit de refroidissement 100 comporte en outre une unité de contrôle 400 (non représentée en ), alternativement un ensemble d’unités de contrôle 400, sous forme de circuiterie électronique, capable, pour chaque segment secondaire 62, de recevoir en provenance du détecteur de fuite 717 dudit segment secondaire 62, des informations représentatives de la présence d’une fuite sur ledit segment secondaire 62, et de transmettre des instructions à la vanne d’arrêt 715 dudit segment secondaire 62 afin de déclencher ladite vanne d’arrêt 715 lorsqu’une information représentative de la présence d’une fuite est détectée sur ledit segment secondaire 62.
Claims (12)
- Circuit de refroidissement (100) pour un aéronef (1), le circuit de refroidissement (100) étant destiné à refroidir des éléments fonctionnels (EF) de l’aéronef (1), un fluide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement (100) dans un sens d’écoulement prédéfini (101), le circuit de refroidissement (100) étant un circuit fermé et comportant au moins un segment principal (11), le flux du fluide caloporteur circulant en intégralité dans l’au moins un segment principal (11), le circuit de refroidissement étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins deux segments secondaires (12a, 12b, 12c, 12d), le flux du fluide caloporteur étant distribué parallèlement dans les différents segments secondaires (12a, 12b, 12c, 12d), en ce que chaque segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) est agencé pour refroidir au moins un des éléments fonctionnels (EF) et comporte :
- un dispositif de détection de fuite (17a, 17b, 17c, 17d),
- une vanne d’arrêt (15a, 15b, 15c, 15d), la vanne d’arrêt étant située à l’entrée du segment secondaire relativement au sens d’écoulement prédéfini (101),
- un clapet anti-retour (16a, 16b, 16c, 16d) destiné à empêcher un reflux du fluide caloporteur à travers le segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini (101), le clapet anti-retour étant situé à la sortie du segment secondaire, relativement au sens d’écoulement prédéfini (101),
et en ce que le circuit de refroidissement (100) comporte en outre de la circuiterie électronique (400) configurée pour déclencher la fermeture de la vanne d’arrêt (15a, 15b, 15c, 15d) d’un dit segment secondaire lorsqu’une fuite est détectée par le dispositif de détection de fuite (17a, 17b, 17c, 17d) dudit segment secondaire, de sorte à arrêter la circulation du fluide caloporteur à travers ledit segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d).
- Circuit de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel au moins deux éléments fonctionnels (EF) refroidis par le circuit de refroidissement (100) sont des piles à combustible (21a, 21b, 21c), chaque pile à combustible (21a, 21b, 21c) étant située sur un segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) distinct.
- Circuit de refroidissement selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le dispositif de détection de fuite (17a, 17b, 17c, 17d) est un capteur acoustique associé à de la circuiterie électronique, ladite circuiterie électronique comportant des moyens pour déterminer, par comparaison d’un signal capté par le capteur acoustique avec des signatures acoustiques de fuites mémorisées, si ledit signal est représentatif d’une fuite.
- Circuit de refroidissement selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le dispositif de détection de fuite (17a, 17b, 17c, 17d) comporte une canalisation de drainage agencée pour récupérer au moins une partie du fluide caloporteur s’écoulant hors du segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) en cas de fuite, et comporte en outre un capteur d’humidité situé dans la canalisation de drainage.
- Circuit de refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins un segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) comporte en outre au moins un échangeur thermique (13a, 13d), ledit échangeur thermique (13a, 13d) étant destiné à refroidir un des éléments fonctionnels (EF) ou un fluide utilisé par l’un des éléments fonctionnels (EF).
- Aéronef comportant un circuit de refroidissement (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
- Procédé de protection d’un circuit de refroidissement (100) d’un aéronef (1), le circuit de refroidissement (100) étant destiné à refroidir des éléments fonctionnels (EF) de l’aéronef (1), un fluide caloporteur circulant dans un sens d’écoulement prédéfini (101) dans le circuit de refroidissement (100), le circuit de refroidissement (100) étant un circuit fermé et comportant au moins un segment principal (11), le flux du fluide caloporteur circulant en intégralité dans l’au moins un segment principal (11), le procédé étant caractérisé en ce que, le circuit de refroidissement (100) comportant en outre au moins deux segments secondaires (12a, 12b, 12c, 12d), le flux du fluide caloporteur étant distribué parallèlement dans les différents segments secondaires (12a, 12b, 12c, 12d), chaque segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) étant agencé pour refroidir au moins un des éléments fonctionnels (EF), le procédé comporte les étapes suivantes :
- détecter (501) pour chaque segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) si une fuite de fluide caloporteur est présente,
- arrêter (502) la circulation du fluide caloporteur à travers un dit segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) lorsqu’une fuite de fluide caloporteur est détectée dans ledit segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d),
- empêcher un reflux du fluide caloporteur à travers ledit segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini (101).
- Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape d’arrêter la circulation du fluide caloporteur à travers le segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) comporte d’arrêter l’écoulement du fluide caloporteur à un endroit situé à l’entrée du segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) relativement au sens d’écoulement prédéfini (101)
- Procédé selon l’une des revendications 7 et 8, dans lequel l’étape d’empêcher le reflux du fluide caloporteur à travers le segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) comporte d’arrêter l’écoulement du fluide caloporteur dans un sens inverse au sens d’écoulement prédéfini (101), à un endroit situé à la sortie du segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) relativement au sens d’écoulement prédéfini (101).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel au moins deux éléments fonctionnels (EF) refroidis par le circuit de refroidissement (100) sont des piles à combustible (21a, 21b, 21c), chaque pile à combustible (21a, 21b, 21c) étant située sur un segment secondaire (12a, 12b, 12c, 12d) distinct.
- Produit programme d’ordinateur pouvant être stocké sur un support et/ou téléchargé d’un réseau de communication, afin d’être lu par un processeur, et caractérisé en ce qu’il comprend des instructions pour implémenter le procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par le processeur.
- Support de stockage d’informations stockant un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour implémenter le procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 10 lorsque ledit programme d’ordinateur est lu depuis ledit support de stockage et exécuté par le processeur.
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| US20230294836A1 (en) | 2023-09-21 |
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