FR3134850A1 - System for controlling the temperature of a heat transfer fluid in a circulation loop, temperature control method - Google Patents
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Abstract
Un système de contrôle (1) de la température d’un fluide caloporteur (F) configuré pour transférer des calories à un fluide à réchauffer (Q) issu d’un réservoir cryogénique (R), le système de contrôle (1) comprenant : une boucle de circulation (2) du fluide caloporteur (F) comprenant une branche moteur (21) s’étendant dans une enceinte moteur (EN-M) et une branche réservoir (22) s’étendant dans une enceinte réservoir (EN-R) ; un premier échangeur moteur (41), configuré pour réchauffer le fluide caloporteur (F) jusqu’à une troisième température (T3) supérieure à une température maximale de fonctionnement (Tmax) ; un échangeur de chaleur régénérateur (EXr) configuré pour réchauffer le fluide caloporteur (F) jusqu’à une deuxième température (T2) supérieure à la température minimale de fonctionnement (Tmin) et pour transférer des calories du fluide caloporteur (F) circulant en aval du premier échangeur moteur (41) à la troisième température (T3) au fluide caloporteur (F) circulant en amont du premier échangeur moteur (41) à la première température (T1). Figure de l’abrégé : Figure 2A system (1) for controlling the temperature of a heat transfer fluid (F) configured to transfer calories to a fluid to be heated (Q) coming from a cryogenic tank (R), the control system (1) comprising: a circulation loop (2) of the heat transfer fluid (F) comprising a motor branch (21) extending into a motor enclosure (EN-M) and a reservoir branch (22) extending into a reservoir enclosure (EN-R ) ; a first engine exchanger (41), configured to heat the heat transfer fluid (F) to a third temperature (T3) greater than a maximum operating temperature (Tmax); a regenerative heat exchanger (EXr) configured to heat the heat transfer fluid (F) to a second temperature (T2) higher than the minimum operating temperature (Tmin) and to transfer calories from the heat transfer fluid (F) circulating downstream from the first engine exchanger (41) at the third temperature (T3) to the heat transfer fluid (F) circulating upstream of the first engine exchanger (41) at the first temperature (T1). Abstract Figure: Figure 2
Description
La présente invention concerne le domaine des aéronefs comportant un fluide stocké dans un réservoir cryogénique, par exemple du carburant alimentant une turbomachine.The present invention relates to the field of aircraft comprising a fluid stored in a cryogenic tank, for example fuel supplying a turbomachine.
Il est connu de stocker un fluide, par exemple du carburant comme de l’hydrogène, sous forme liquide pour limiter l’encombrement et la masse des réservoirs de l’aéronef. A titre d’exemple, le carburant est stocké à une température de l’ordre de - 253 à -251°C (20 à 22 Kelvins) dans un réservoir cryogénique de l’aéronef.It is known to store a fluid, for example fuel such as hydrogen, in liquid form to limit the size and mass of the aircraft tanks. For example, the fuel is stored at a temperature of around -253 to -251°C (20 to 22 Kelvin) in a cryogenic tank of the aircraft.
Dans cet exemple, afin de pouvoir être injecté dans la chambre de combustion d’une turbomachine, le carburant doit être conditionné, c’est-à-dire pressurisé et chauffé, afin de permettre une combustion optimale. Un conditionnement est par exemple nécessaire pour réduire le risque de givrage/solidification de la vapeur d’eau contenue dans l’air qui circule dans la turbomachine, en particulier, au niveau des injecteurs de carburant de la turbomachine.In this example, in order to be injected into the combustion chamber of a turbomachine, the fuel must be conditioned, that is to say pressurized and heated, in order to allow optimal combustion. Conditioning is for example necessary to reduce the risk of icing/solidification of the water vapor contained in the air circulating in the turbomachine, in particular, at the level of the fuel injectors of the turbomachine.
En référence à la
Le système de conditionnement SCAA comprend également un système de contrôle de la température 101 d’un fluide caloporteur F qui apporte des calories au flux de carburant Qc afin de le réchauffer pour qu’il puisse être injecté dans la turbomachine M avec une température et une pression optimales.The SCAA conditioning system also includes a system for controlling the temperature 101 of a heat transfer fluid F which provides calories to the fuel flow Qc in order to heat it so that it can be injected into the turbomachine M with a temperature and a optimal pressure.
Dans l’art antérieur, on connait par exemple de la demande de brevet FR2005628A1, un système de contrôle de la température 101, également représenté sur la
En pratique, les sources chaudes Cm présentes dans l’enceinte moteur EN-M permettent de réchauffer le fluide caloporteur F via l’échangeur moteur 104 depuis une première température T1 jusqu’à une deuxième température T2. Le fluide caloporteur F circule ensuite à la température T2 dans la boucle de circulation 102 jusqu’à l’échangeur réservoir 105 pour réchauffer le flux de carburant Qc en sortie de la pompe mécanique P, donc dans l’enceinte réservoir EN-R. Dans une forme de réalisation non représentée, l’architecture décrite dans le brevet FR2005628A1 comprend également un échangeur de chaleur monté dans l’enceinte réservoir EN-R pour réchauffer une nouvelle fois le fluide caloporteur F au moyen des sources chaudes présentes dans l’enceinte réservoir EN-R, telles que l’air en sortie cabine ou les rejets thermiques issus des composants électriques/électroniques à bord par exemple.In practice, the hot sources Cm present in the engine enclosure EN-M make it possible to heat the heat transfer fluid F via the engine exchanger 104 from a first temperature T1 to a second temperature T2. The heat transfer fluid F then circulates at temperature T2 in the circulation loop 102 to the tank exchanger 105 to heat the flow of fuel Qc at the outlet of the mechanical pump P, therefore in the tank enclosure EN-R. In an embodiment not shown, the architecture described in patent FR2005628A1 also includes a heat exchanger mounted in the tank enclosure EN-R to reheat the heat transfer fluid F by means of the hot sources present in the enclosure EN-R tank, such as air leaving the cabin or thermal discharges from electrical/electronic components on board for example.
Cependant, de manière connue, dans un tel système de contrôle 101, la température du fluide caloporteur F ne doit pas dépasser une plage de températures prédéterminée. En pratique, la température T2 du fluide caloporteur F en sortie de l’enceinte moteur EN-M doit être inférieure à une température maximale de fonctionnement Tmax, afin de pouvoir acheminer le fluide caloporteur F au plus près du réservoir R sans risquer d’endommager la structure de l’aéronef que traverse la boucle de circulation 102, comme les ailes de l’aéronef par exemple. D’autre part, la température T1 du fluide caloporteur F en entrée de l’enceinte moteur EN-M doit être supérieure à une température minimale de fonctionnement Tmin, afin d’éviter tout risque de givrage des sources chaudes Cm dans l’échangeur moteur 104. Autrement dit, le contrôle de la température dans la boucle de circulation 102 est fortement contraint.However, in known manner, in such a control system 101, the temperature of the heat transfer fluid F must not exceed a predetermined temperature range. In practice, the temperature T2 of the heat transfer fluid F at the outlet of the motor enclosure EN-M must be lower than a maximum operating temperature Tmax, in order to be able to convey the heat transfer fluid F as close as possible to the tank R without risking damage the structure of the aircraft through which the circulation loop 102 passes, such as the wings of the aircraft for example. On the other hand, the temperature T1 of the heat transfer fluid F entering the engine enclosure EN-M must be greater than a minimum operating temperature Tmin, in order to avoid any risk of icing of the hot sources Cm in the engine exchanger 104. In other words, the control of the temperature in the circulation loop 102 is strongly constrained.
Pour limiter la température maximale du fluide caloporteur F en sortie de l’échangeur moteur 104, il est connu d’augmenter le débit de circulation du fluide caloporteur F dans la boucle de circulation 102, ce qui présente de nombreux inconvénients. En effet, la masse et l’encombrement de la tuyauterie de la boucle de circulation 102 sont très importants, ce qui n’est pas souhaitable dans un aéronef. De plus, les performances aérothermiques des échangeurs de chaleur sont limitées ce qui augmente les défauts de distribution dans les échangeurs de chaleur. La pompe mécanique est également contrainte de fonctionner à un débit plus important, ce qui augmente sa consommation électrique.To limit the maximum temperature of the heat transfer fluid F at the outlet of the engine exchanger 104, it is known to increase the circulation rate of the heat transfer fluid F in the circulation loop 102, which presents numerous disadvantages. Indeed, the mass and size of the piping of the circulation loop 102 are very significant, which is not desirable in an aircraft. In addition, the aerothermal performance of the heat exchangers is limited, which increases the distribution faults in the heat exchangers. The mechanical pump is also forced to operate at a greater flow rate, which increases its electrical consumption.
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un nouveau système de contrôle de la température du fluide caloporteur dans la boucle de circulation permettant un chauffage qui soit efficace et fiable, sans limiter la plage de températures du fluide caloporteur.The invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks by proposing a new system for controlling the temperature of the heat transfer fluid in the circulation loop allowing heating which is efficient and reliable, without limiting the temperature range of the heat transfer fluid.
L’invention concerne un système de contrôle de la température d’un fluide caloporteur configuré pour transférer des calories à un fluide à réchauffer, le fluide à réchauffer étant issu d’un réservoir cryogénique dans lequel il est stocké à une température initiale et configuré pour être acheminé vers un moteur via un circuit de fluide, le réservoir cryogénique étant monté dans une enceinte réservoir, le moteur étant monté dans une enceinte moteur distincte de l’enceinte réservoir, le système de contrôle comprenant :
- une boucle de circulation du fluide caloporteur s’étendant à la fois dans l’enceinte réservoir et dans l’enceinte moteur, la boucle de circulation comprenant :
- une branche moteur s’étendant dans l’enceinte moteur entre un point d’entrée moteur et un point de sortie moteur, le fluide caloporteur circulant d’amont en aval entre le point d’entrée moteur et le point de sortie moteur, le fluide caloporteur ayant une première température au point d’entrée moteur,
- une branche réservoir s’étendant dans l’enceinte réservoir entre un point d’entrée réservoir et un point de sortie réservoir, le fluide caloporteur circulant d’amont en aval entre le point d’entrée réservoir et le point de sortie réservoir, le point de sortie moteur étant relié fluidiquement au point d’entrée réservoir, le point de sortie réservoir étant relié fluidiquement au point d’entrée moteur,
- au moins une pompe mécanique configurée pour faire circuler le fluide caloporteur dans la boucle de circulation,
- au moins un premier échangeur moteur, monté sur la branche moteur, configuré pour réchauffer le fluide caloporteur jusqu’à une troisième température supérieure à la première température, à partir de calories transférées par au moins un fluide chaud disponible dans l’enceinte moteur, la troisième température étant supérieure à une température maximale de fonctionnement,
- au moins un premier échangeur réservoir, monté sur la branche réservoir, configuré pour réchauffer le fluide à réchauffer à partir de calories transférées par le fluide caloporteur jusqu’à une température primaire,
- au moins un échangeur de chaleur régénérateur, monté sur la branche moteur, l’échangeur de chaleur régénérateur étant configuré pour réchauffer le fluide caloporteur jusqu’à une deuxième température supérieure à la première température et inférieure à la troisième température, la deuxième température étant supérieure à une température minimale de fonctionnement, l’échangeur de chaleur régénérateur étant configuré pour transférer des calories du fluide caloporteur circulant en aval du premier échangeur moteur à la troisième température au fluide caloporteur circulant en amont du premier échangeur moteur à la première température, de manière à permettre au fluide caloporteur d’être réchauffé dans le premier échangeur moteur à une température supérieure à la température maximale de fonctionnement et d’être refroidi avant la sortie de l’enceinte moteur à une température inférieure à la température maximale de fonctionnement.
- a circulation loop for the heat transfer fluid extending both in the tank enclosure and in the motor enclosure, the circulation loop comprising:
- a motor branch extending in the motor enclosure between a motor entry point and a motor outlet point, the heat transfer fluid circulating upstream and downstream between the motor entry point and the motor outlet point, the fluid heat carrier having a first temperature at the engine entry point,
- a tank branch extending in the tank enclosure between a tank entry point and a tank exit point, the heat transfer fluid circulating upstream and downstream between the tank entry point and the tank exit point, the point motor output being fluidly connected to the tank entry point, the tank outlet point being fluidly connected to the motor entry point,
- at least one mechanical pump configured to circulate the heat transfer fluid in the circulation loop,
- at least a first engine exchanger, mounted on the engine branch, configured to heat the heat transfer fluid up to a third temperature higher than the first temperature, from calories transferred by at least one hot fluid available in the engine enclosure, the third temperature being greater than a maximum operating temperature,
- at least one first tank exchanger, mounted on the tank branch, configured to heat the fluid to be heated from calories transferred by the heat transfer fluid to a primary temperature,
- at least one regenerative heat exchanger, mounted on the engine branch, the regenerative heat exchanger being configured to heat the heat transfer fluid to a second temperature higher than the first temperature and lower than the third temperature, the second temperature being higher at a minimum operating temperature, the regenerative heat exchanger being configured to transfer calories from the heat transfer fluid circulating downstream of the first engine exchanger at the third temperature to the heat transfer fluid circulating upstream of the first engine exchanger at the first temperature, so as to to allow the heat transfer fluid to be heated in the first engine exchanger to a temperature higher than the maximum operating temperature and to be cooled before leaving the engine enclosure to a temperature lower than the maximum operating temperature.
Le système de contrôle selon l’invention permet au fluide caloporteur d’entrer dans l’enceinte moteur à une température inférieure à la température minimale de fonctionnement. Un refroidissement plus important permet au fluide caloporteur de transférer plus de calories au fluide à réchauffer dans le premier échangeur réservoir, permettant de réchauffer le fluide à réchauffer de manière plus importante. Le fluide caloporteur étant avantageusement réchauffé par l’échangeur de chaleur régénérateur avant d’entrer dans le premier échangeur moteur, la boucle de circulation ne présente pas de risque de givrer la (les) source(s) chaude(s) dans le premier échangeur moteur.The control system according to the invention allows the heat transfer fluid to enter the engine enclosure at a temperature lower than the minimum operating temperature. Greater cooling allows the heat transfer fluid to transfer more calories to the fluid to be heated in the first reservoir exchanger, making it possible to heat the fluid to be heated more significantly. The heat transfer fluid being advantageously heated by the regenerative heat exchanger before entering the first motor exchanger, the circulation loop does not present a risk of icing the hot source(s) in the first exchanger. engine.
De manière avantageuse, le fluide caloporteur peut également être chauffé par le premier échangeur moteur jusqu’à une température supérieure à la température maximale de fonctionnement, ce qui permet de ne pas augmenter le débit de circulation du fluide caloporteur dans le premier échangeur moteur. Un débit limité permet avantageusement de limiter la masse et l’encombrement de la tuyauterie dans la boucle de circulation, puisque celle-ci n’a pas besoin d’être renforcée pour résister à des débits particulièrement importants. Un débit limité permet également d’optimiser les performances aérothermiques des échangeurs de chaleur montés sur la boucle de circulation, ce qui permet de limiter les risques de défaut de distribution des fluides dans les échangeurs de chaleur. De plus, la pompe mécanique n’est pas contrainte de fonctionner à un débit particulièrement élevé, ce qui permet de limiter son usure et sa consommation électrique.Advantageously, the heat transfer fluid can also be heated by the first engine exchanger to a temperature higher than the maximum operating temperature, which makes it possible not to increase the circulation rate of the heat transfer fluid in the first engine exchanger. A limited flow advantageously makes it possible to limit the mass and size of the piping in the circulation loop, since it does not need to be reinforced to withstand particularly high flow rates. A limited flow rate also makes it possible to optimize the aerothermal performance of the heat exchangers mounted on the circulation loop, which limits the risks of poor distribution of fluids in the heat exchangers. In addition, the mechanical pump is not forced to operate at a particularly high flow rate, which limits its wear and electrical consumption.
Dans une forme de réalisation préférée, la température minimale de fonctionnement correspond à la température minimale en entrée des échangeurs de chaleur dans lesquels circulent des fluides chauds issus de sources chaudes extérieures au système de contrôle.In a preferred embodiment, the minimum operating temperature corresponds to the minimum inlet temperature of the heat exchangers in which hot fluids from hot sources external to the control system circulate.
Dans une forme de réalisation, la température minimale de fonctionnement est comprise entre 2°C (275K) et 90°C (363K). De préférence, la température minimale de fonctionnement est égale à 2°C (275K).In one embodiment, the minimum operating temperature is between 2°C (275K) and 90°C (363K). Preferably, the minimum operating temperature is equal to 2°C (275K).
Dans une forme de réalisation, la température maximale de fonctionnement est comprise entre 127°C (400K) et 227°C (500K). De préférence, la température maximale de fonctionnement est égale à 227°C (500K).In one embodiment, the maximum operating temperature is between 127°C (400K) and 227°C (500K). Preferably, the maximum operating temperature is equal to 227°C (500K).
Dans une forme de réalisation, la première température du fluide caloporteur est comprise entre -123°C (150K) et -23°C (250K). Le fluide caloporteur peut ainsi être à une température basse, sans risquer de givrer les sources chaudes dans le premier échangeur moteur. A titre d’exemple, le fluide caloporteur peut être à une température inférieure à 2°C (275K) en sortie du premier échangeur réservoir. Le fluide caloporteur peut ainsi transférer plus de calories au fluide à réchauffer dans le premier échangeur réservoir que dans les systèmes de contrôle de l’art antérieur, dans lesquels le fluide caloporteur devait être à une température supérieure à 2°C (275K) en sortie du premier échangeur réservoir.In one embodiment, the first temperature of the heat transfer fluid is between -123°C (150K) and -23°C (250K). The heat transfer fluid can thus be at a low temperature, without risking icing up the hot sources in the first engine exchanger. For example, the heat transfer fluid can be at a temperature lower than 2°C (275K) at the outlet of the first tank exchanger. The heat transfer fluid can thus transfer more calories to the fluid to be heated in the first reservoir exchanger than in the control systems of the prior art, in which the heat transfer fluid had to be at a temperature higher than 2°C (275K) at the outlet. of the first tank exchanger.
De manière préférée, la deuxième température du fluide caloporteur est comprise entre 2°C (275K) et 90°C (363K). La température du fluide caloporteur est ainsi supérieure à 2°C (275K) en entrant dans le premier échangeur moteur ce qui permet de limiter tout risque de givrage des sources chaudes.Preferably, the second temperature of the heat transfer fluid is between 2°C (275K) and 90°C (363K). The temperature of the heat transfer fluid is thus greater than 2°C (275K) upon entering the first engine exchanger, which limits any risk of icing of the hot springs.
Dans une forme de réalisation préférée, la troisième température du fluide caloporteur est comprise entre 227°C (500K) et 377°C (650K), ce qui permet de réduire le débit de circulation du fluide caloporteur, permettant ainsi l’utilisation d’une tuyauterie moins lourde et moins encombrante.In a preferred embodiment, the third temperature of the heat transfer fluid is between 227°C (500K) and 377°C (650K), which makes it possible to reduce the circulation rate of the heat transfer fluid, thus allowing the use of lighter and less bulky piping.
De manière préférée, la quatrième température du fluide caloporteur est comprise entre 127°C (400K) et 227°C (500K). La température du fluide caloporteur est ainsi inférieure à la température maximale de fonctionnement en sortant de l’enceinte moteur. Cela permet au fluide caloporteur de circuler entre l’enceinte moteur et l’enceinte réservoir, par exemple dans la structure d’un aéronef (par exemple dans les ailes) sans que cela ne présente un quelconque risque d’endommagement. De plus, le transport du fluide n’a pas besoin d’être réalisé dans des tuyauteries particulières pour résister à des températures élevées, tuyauteries qui présenteraient une masse et un encombrement importantsPreferably, the fourth temperature of the heat transfer fluid is between 127°C (400K) and 227°C (500K). The temperature of the heat transfer fluid is thus lower than the maximum operating temperature when leaving the motor enclosure. This allows the heat transfer fluid to circulate between the engine enclosure and the reservoir enclosure, for example in the structure of an aircraft (for example in the wings) without this presenting any risk of damage. In addition, the transport of the fluid does not need to be carried out in particular pipes to withstand high temperatures, pipes which would have a significant mass and bulk.
Dans une forme de réalisation, le système de contrôle comprend au moins un deuxième échangeur réservoir, monté sur la branche réservoir, le deuxième échangeur réservoir étant configuré pour réchauffer le fluide caloporteur à partir de calories transférées par au moins un fluide chaud disponible dans l’enceinte réservoir, le deuxième échangeur réservoir étant configuré pour réchauffer le fluide caloporteur depuis une cinquième température atteinte en sortie du premier échangeur réservoir jusqu’à la première température. Un tel deuxième échangeur réservoir permet d’utiliser de la chaleur disponible à bord de l’aéronef et ainsi de limiter la taille et l’encombrement d’un échangeur dans la turbomachine. Le deuxième échangeur réservoir monté entre le premier échangeur réservoir et le point de sortie réservoir permet également d’abaisser localement la température du fluide caloporteur dans le premier échangeur réservoir à une température inférieure à la température minimale de fonctionnement Tmin puisque ce dernier sera réchauffé ensuite, permettant d’abaisser encore le débit de fluide caloporteur.In one embodiment, the control system comprises at least a second tank exchanger, mounted on the tank branch, the second tank exchanger being configured to heat the heat transfer fluid from calories transferred by at least one hot fluid available in the tank enclosure, the second tank exchanger being configured to heat the heat transfer fluid from a fifth temperature reached at the outlet of the first tank exchanger to the first temperature. Such a second reservoir exchanger makes it possible to use the heat available on board the aircraft and thus limit the size and bulk of an exchanger in the turbomachine. The second tank exchanger mounted between the first tank exchanger and the tank outlet point also makes it possible to locally lower the temperature of the heat transfer fluid in the first tank exchanger to a temperature lower than the minimum operating temperature Tmin since the latter will then be reheated, allowing the flow of heat transfer fluid to be further reduced.
Dans une forme de réalisation, le système de contrôle comprend au moins un deuxième échangeur moteur monté sur la branche moteur en amont du premier échangeur moteur, le deuxième échangeur moteur étant configuré pour réchauffer le fluide à réchauffer à partir du fluide caloporteur jusqu’à une température secondaire supérieure à la température primaire. Une telle forme de réalisation permet un chauffage du fluide à réchauffer en deux temps. Dans un premier temps, le fluide à réchauffer est chauffé dans le premier échangeur réservoir jusqu’à la température primaire permettant d’assurer le meilleur compromis entre la simplicité et la sécurité de mise en œuvre du circuit. Dans un deuxième temps, le fluide à réchauffer est chauffé dans le deuxième échangeur moteur jusqu’à la température secondaire suffisamment importante pour permettre par exemple l’injection de carburant dans la turbomachine pour l‘alimenter.In one embodiment, the control system comprises at least a second engine exchanger mounted on the engine branch upstream of the first engine exchanger, the second engine exchanger being configured to heat the fluid to be heated from the heat transfer fluid up to a secondary temperature higher than the primary temperature. Such an embodiment allows heating of the fluid to be heated in two stages. Firstly, the fluid to be heated is heated in the first reservoir exchanger up to the primary temperature, ensuring the best compromise between simplicity and safety in implementing the circuit. Secondly, the fluid to be heated is heated in the second engine exchanger to the secondary temperature sufficiently high to allow, for example, the injection of fuel into the turbomachine to power it.
Dans une telle forme de réalisation, le fluide caloporteur peut également être chauffé dans le premier échangeur moteur à une température supérieure à la troisième température puisque ce dernier va transférer une première partie de ses calories au fluide caloporteur circulant en amont du premier échangeur moteur dans l’échangeur de chaleur régénérateur, et une deuxième partie de ses calories au fluide à réchauffer dans le deuxième échangeur moteur, avant de sortir de l’enceinte moteur.In such an embodiment, the heat transfer fluid can also be heated in the first engine exchanger to a temperature higher than the third temperature since the latter will transfer a first part of its calories to the heat transfer fluid circulating upstream of the first engine exchanger in the regenerative heat exchanger, and a second part of its calories to the fluid to be heated in the second engine exchanger, before leaving the engine enclosure.
L’invention concerne également un système de conditionnement de carburant configuré pour alimenter une turbomachine d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique, le système de conditionnement s’étendant dans l’enceinte réservoir et dans l’enceinte moteur, le réservoir cryogénique étant monté dans l’enceinte réservoir et la turbomachine étant montée dans l’enceinte moteur, le système de conditionnement comprenant :
- un circuit de carburant relié en entrée au réservoir cryogénique et en sortie à la turbomachine, un flux de carburant circulant d’amont en aval dans le circuit de carburant,
- au moins une pompe mécanique configurée pour faire circuler le flux de carburant depuis le réservoir cryogénique d’amont en aval dans le circuit de carburant, et
- un système de contrôle de la température tel que décrit précédemment transférant des calories au fluide à réchauffer.
- a fuel circuit connected at the inlet to the cryogenic tank and at the outlet to the turbomachine, a flow of fuel circulating from upstream to downstream in the fuel circuit,
- at least one mechanical pump configured to circulate the flow of fuel from the cryogenic tank upstream to downstream in the fuel circuit, and
- a temperature control system as described above transferring calories to the fluid to be heated.
Dans une première forme de réalisation, la température primaire du flux de carburant en sortie du premier échangeur réservoir est comprise entre -173°C (100K) et -73°C (200K), ce qui permet de s’assurer que le carburant est dans un état gazeux en sortie du premier échangeur réservoir, permettant de limiter l’utilisation de tuyauteries spécifiques qui présenteraient une isolation thermique particulière et seraient donc plus lourdes, plus encombrantes et plus chères.In a first embodiment, the primary temperature of the fuel flow leaving the first tank exchanger is between -173°C (100K) and -73°C (200K), which ensures that the fuel is in a gaseous state at the outlet of the first tank exchanger, making it possible to limit the use of specific pipes which would have particular thermal insulation and would therefore be heavier, more bulky and more expensive.
Dans une deuxième forme de réalisation, la température primaire du flux de carburant en sortie du premier échangeur moteur est comprise entre -73°C (200K) et 27°C (300K), correspondant à la température d’injection du carburant dans la chambre de combustion de la turbomachine, ce qui permet de limiter le risque de givrage des injecteurs montés dans la chambre de combustion.In a second embodiment, the primary temperature of the fuel flow leaving the first engine exchanger is between -73°C (200K) and 27°C (300K), corresponding to the fuel injection temperature in the chamber. combustion of the turbomachine, which makes it possible to limit the risk of icing of the injectors mounted in the combustion chamber.
L’invention porte également sur un aéronef comprenant un réservoir cryogénique, une turbomachine et un système de conditionnement tel que décrit précédemment pour alimenter la turbomachine.The invention also relates to an aircraft comprising a cryogenic tank, a turbomachine and a conditioning system as described above for powering the turbomachine.
Enfin, l’invention concerne un procédé de contrôle de la température d’un fluide caloporteur au moyen du système de contrôle tel que décrit précédemment, le fluide caloporteur étant initialement au point d’entrée moteur à une première température, le procédé comprenant les étapes consistant à :
- préchauffer le fluide caloporteur en amont du premier échangeur moteur, dans l’échangeur de chaleur régénérateur, jusqu’à une deuxième température supérieure à la première température et à la température minimale de fonctionnement,
- réchauffer le fluide caloporteur dans le premier échangeur moteur jusqu’à une troisième température supérieure à la deuxième température et supérieure à la température maximale de fonctionnement,
- refroidir le fluide caloporteur en aval du premier échangeur moteur, dans l’échangeur de chaleur régénérateur, jusqu’à une quatrième température inférieure à la troisième température et inférieure à la température maximale de fonctionnement.
- preheat the heat transfer fluid upstream of the first motor exchanger, in the regenerative heat exchanger, up to a second temperature higher than the first temperature and the minimum operating temperature,
- heating the heat transfer fluid in the first engine exchanger to a third temperature higher than the second temperature and higher than the maximum operating temperature,
- cool the heat transfer fluid downstream of the first motor exchanger, in the regenerative heat exchanger, to a fourth temperature lower than the third temperature and lower than the maximum operating temperature.
Dans une forme de réalisation, la première température est inférieure à la température minimale de fonctionnement.In one embodiment, the first temperature is lower than the minimum operating temperature.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.The invention will be better understood on reading the description which follows, given by way of example, and referring to the following figures, given by way of non-limiting examples, in which identical references are given to similar objects .
La
La
La
La
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.It should be noted that the figures set out the invention in detail to implement the invention, said figures being able of course to be used to better define the invention if necessary.
En référence à la
Dans cet exemple, le fluide à réchauffer Q est du carburant pour alimenter un moteur, en particulier dans cet exemple une turbomachine M d’aéronef. Il va de soi que le fluide à réchauffer Q pourrait être différent, en particulier du comburant (oxygène) ou des gaz inertes de service (azote, CO2). Dans cet exemple, la turbomachine M est configurée pour assurer la propulsion de l’aéronef, notamment, par entrainement d’au moins un organe propulsif. Enfin, dans cet exemple, le carburant est de l’hydrogène liquide, mais il va de soi que l’invention s’applique à d’autres types de carburant, par exemple, du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié.In this example, the fluid to be heated Q is fuel to power an engine, in particular in this example an aircraft turbomachine M. It goes without saying that the fluid to be heated Q could be different, in particular from the oxidant (oxygen) or the inert service gases (nitrogen, CO2). In this example, the turbomachine M is configured to ensure the propulsion of the aircraft, in particular, by driving at least one propulsion member. Finally, in this example, the fuel is liquid hydrogen, but it goes without saying that the invention applies to other types of fuel, for example, liquid methane or liquefied natural gas.
Comme représenté sur la
Dans cet exemple, le système de conditionnement SC comprend un circuit de carburant CQ relié en entrée au réservoir cryogénique R et en sortie à la turbomachine M, et une pompe mécanique P configurée pour faire circuler un flux de carburant Q à réchauffer depuis le réservoir cryogénique R d’amont en aval dans le circuit de carburant CQ. Il va de soi que le système de conditionnement SC pourrait comprendre un nombre différent de pompes mécaniques P, en particulier un nombre supérieur à une pompe mécanique P.In this example, the conditioning system SC comprises a fuel circuit CQ connected at the inlet to the cryogenic tank R and at the outlet to the turbomachine M, and a mechanical pump P configured to circulate a flow of fuel Q to be heated from the cryogenic tank R from upstream to downstream in the CQ fuel system. It goes without saying that the conditioning system SC could comprise a different number of mechanical pumps P, in particular a number greater than one mechanical pump P.
Le système de conditionnement SC comprend également un système de contrôle 1 de la température d’un fluide caloporteur F selon l’invention, configuré pour transférer des calories au flux de carburant Q de manière à le réchauffer pour qu’il puisse alimenter la turbomachine M.The conditioning system SC also comprises a system 1 for controlling the temperature of a heat transfer fluid F according to the invention, configured to transfer calories to the fuel flow Q so as to heat it so that it can supply the turbomachine M .
Selon l’invention, toujours en référence à la
Dans cet exemple, la température minimale de fonctionnement Tmin est de l’ordre de 2°C (275K). De même, dans cet exemple, la température maximale de fonctionnement Tmax est de l’ordre de 227°C (500K).In this example, the minimum operating temperature Tmin is around 2°C (275K). Likewise, in this example, the maximum operating temperature Tmax is around 227°C (500K).
Selon l’invention, la boucle de circulation 2 comprend une branche moteur 21, s’étendant dans l’enceinte moteur EN-M entre un point d’entrée moteur P1m et un point de sortie moteur P2m, et une branche réservoir 22, s’étendant dans l’enceinte réservoir EN-R entre un point d’entrée réservoir P1r et un point de sortie réservoir P2r. Le point de sortie moteur P2m est relié fluidiquement au point d’entrée réservoir P1r et le point de sortie réservoir P2r est relié fluidiquement au point d’entrée moteur P1m, de manière à permettre la circulation continue du fluide caloporteur F dans la boucle de circulation 2.According to the invention, the circulation loop 2 comprises a motor branch 21, extending in the motor enclosure EN-M between a motor entry point P1m and a motor exit point P2m, and a tank branch 22, s 'extending in the tank enclosure EN-R between a tank entry point P1r and a tank exit point P2r. The motor exit point P2m is fluidly connected to the tank entry point P1r and the tank outlet point P2r is fluidly connected to the motor entry point P1m, so as to allow the continuous circulation of the heat transfer fluid F in the circulation loop 2.
Le fluide caloporteur F circule dans la branche moteur 21 d’amont en aval entre le point d’entrée moteur P1m et le point de sortie moteur P2m, et dans la branche réservoir 22 d’amont en aval entre le point d’entrée réservoir P1r et le point de sortie réservoir P2r.The heat transfer fluid F circulates in the engine branch 21 from upstream to downstream between the engine entry point P1m and the engine exit point P2m, and in the tank branch 22 from upstream to downstream between the tank entry point P1r and the tank outlet point P2r.
Le fluide caloporteur F présente au point d’entrée moteur P1m, une première température T1. Selon l’invention, la première température T1 peut être soit inférieure, soit supérieure à la température minimale de fonctionnement Tmin en entrée de l’enceinte moteur EN-M, comme cela sera décrit plus en détails par la suite. Dans cet exemple, la première température T1 est comprise entre -123 et -23 °C (150 et 250 K).The heat transfer fluid F has a first temperature T1 at the engine entry point P1m. According to the invention, the first temperature T1 can be either lower or higher than the minimum operating temperature Tmin at the inlet of the motor enclosure EN-M, as will be described in more detail later. In this example, the first temperature T1 is between -123 and -23°C (150 and 250 K).
Toujours en référence à la
De préférence, la pompe mécanique 3 est positionnée dans la boucle de circulation 2 de manière à recevoir le fluide caloporteur F présentant la température minimale, de manière à profiter de la densité maximale du fluide caloporteur F, ce qui permet de pomper un même débit massique à moindre coût énergétique. Dans cet exemple, la pompe mécanique 3 est montée dans l’enceinte moteur EN-M, comme représenté sur la
Selon l’invention, le système de contrôle 1 comprend un premier échangeur moteur 41 et un premier échangeur réservoir 51, montés sur la boucle de circulation 2.According to the invention, the control system 1 comprises a first engine exchanger 41 and a first tank exchanger 51, mounted on the circulation loop 2.
Le premier échangeur moteur 41 est monté dans l’enceinte moteur EN-M sur la branche moteur 21. Le premier échangeur moteur 41 est configuré pour réchauffer le fluide caloporteur F à partir de calories transférées par un ou plusieurs fluide(s) chaud(s) Cm disponible(s) dans l’enceinte moteur EN-M, par exemple la chaleur issue de l’huile de lubrification de la turbomachine M, les calories en sortie de turbine, la chaleur de la tuyère, etc.The first engine exchanger 41 is mounted in the engine enclosure EN-M on the engine branch 21. The first engine exchanger 41 is configured to heat the heat transfer fluid F from calories transferred by one or more hot fluid(s). ) Cm available in the engine enclosure EN-M, for example the heat from the lubricating oil of the turbomachine M, the calories at the turbine outlet, the heat from the nozzle, etc.
Le premier échangeur moteur 41 est configuré pour réchauffer le fluide caloporteur F jusqu’à une troisième température T3 supérieure à la première température T1. Plus précisément, selon l’invention, la troisième température T3 est supérieure à la température maximale de fonctionnement Tmax, dans cet exemple de l’ordre de 227°C (500K). En particulier, dans cet exemple, la troisième température T3 du fluide caloporteur F en sortie du premier échangeur moteur 41 est comprise entre 227°C (500K) et 377°C (650K), ce qui permet avantageusement de limiter le débit de circulation du fluide caloporteur F dans la boucle de circulation 2.The first engine exchanger 41 is configured to heat the heat transfer fluid F to a third temperature T3 greater than the first temperature T1. More precisely, according to the invention, the third temperature T3 is greater than the maximum operating temperature Tmax, in this example of the order of 227°C (500K). In particular, in this example, the third temperature T3 of the heat transfer fluid F at the outlet of the first motor exchanger 41 is between 227°C (500K) and 377°C (650K), which advantageously makes it possible to limit the circulation flow rate of the heat transfer fluid F in circulation loop 2.
Le premier échangeur réservoir 51 est monté dans l’enceinte réservoir EN-R sur la branche réservoir 22. Le premier échangeur réservoir 51 est configuré pour réchauffer le fluide à réchauffer Q, dans cet exemple le flux de carburant, à partir de calories transférées par le fluide caloporteur F.The first tank exchanger 51 is mounted in the tank enclosure EN-R on the tank branch 22. The first tank exchanger 51 is configured to heat the fluid to be heated Q, in this example the fuel flow, from calories transferred by the heat transfer fluid F.
Le premier échangeur réservoir 51 est configuré pour réchauffer le flux de carburant jusqu’à une température primaire Tp supérieure à la température initiale Ti. Dans cet exemple, la température primaire Tp en sortie du premier échangeur réservoir 51 est comprise entre -73°C (200K) et 27°C (300K). Une telle température permet par exemple de limiter tout risque de givrage de la vapeur d’eau contenue dans l’air en contact avec les injecteurs de carburant dans la chambre à combustion de la turbomachine M.The first tank exchanger 51 is configured to heat the fuel flow up to a primary temperature Tp greater than the initial temperature Ti. In this example, the primary temperature Tp at the outlet of the first tank exchanger 51 is between -73°C (200K) and 27°C (300K). Such a temperature makes it possible, for example, to limit any risk of icing of the water vapor contained in the air in contact with the fuel injectors in the combustion chamber of the turbomachine M.
EXr Selon l’invention, le système de contrôle 1 comprend un échangeur de chaleur régénérateur EX monté sur la branche moteur 21. Par souci de concision, un tel échangeur sera désigné par la suite « échangeur régénérateur EXr ». L’échangeur régénérateur EXr est configuré pour réchauffer le fluide caloporteur F directement en amont du premier échangeur moteur 41 par le fluide caloporteur F directement en aval du premier échangeur moteur 41. EXr According to the invention, the control system 1 comprises a regenerative heat exchanger EX mounted on the motor branch 21. For the sake of brevity, such an exchanger will hereinafter be designated "regenerative exchanger EXr". The regenerative exchanger EXr is configured to heat the heat transfer fluid F directly upstream of the first engine exchanger 41 by the heat transfer fluid F directly downstream of the first engine exchanger 41.
Plus précisément, l’échangeur régénérateur EXr est configuré pour réchauffer le fluide caloporteur F circulant en amont du premier échangeur moteur 41, initialement à la première température T1, jusqu’à une deuxième température T2, à partir de calories transférées par le fluide caloporteur F qui circule en aval du premier échangeur moteur 41, initialement à la troisième température T3. Selon l’invention, la deuxième température T2 est supérieure à la température minimale de fonctionnement Tmin, la deuxième température T2 étant supérieure à la première température T1 et inférieure à la troisième température T3.More precisely, the regenerative exchanger EXr is configured to heat the heat transfer fluid F circulating upstream of the first engine exchanger 41, initially at the first temperature T1, up to a second temperature T2, from calories transferred by the heat transfer fluid F which circulates downstream of the first engine exchanger 41, initially at the third temperature T3. According to the invention, the second temperature T2 is higher than the minimum operating temperature Tmin, the second temperature T2 being higher than the first temperature T1 and lower than the third temperature T3.
De manière incidente, en aval du premier échangeur moteur 41, l’échangeur régénérateur EXr est configuré pour abaisser la température du fluide caloporteur F initialement à la troisième température T3, jusqu’à une quatrième température T4 inférieure à la température maximale de fonctionnement Tmax.Incidentally, downstream of the first engine exchanger 41, the regenerative exchanger EXr is configured to lower the temperature of the heat transfer fluid F initially to the third temperature T3, up to a fourth temperature T4 lower than the maximum operating temperature Tmax.
Autrement dit, l’échangeur régénérateur EXr permet au fluide caloporteur F d’être réchauffé dans le premier échangeur moteur 41 à une température supérieure à la température maximale de fonctionnement Tmax et d’être refroidi avant sa sortie de l’enceinte moteur EN-M à une température inférieure à la température maximale de fonctionnement Tmax. La température de fluide caloporteur F n’est ainsi pas limitée dans l’enceinte moteur EN-M, ce qui permet de limiter son débit, permettant de limiter le diamètre, la masse et l’encombrement de la tuyauterie dans la boucle de circulation 2.In other words, the regenerative exchanger EXr allows the heat transfer fluid F to be heated in the first engine exchanger 41 to a temperature higher than the maximum operating temperature Tmax and to be cooled before leaving the engine enclosure EN-M at a temperature lower than the maximum operating temperature Tmax. The heat transfer fluid temperature F is thus not limited in the EN-M motor enclosure, which makes it possible to limit its flow rate, making it possible to limit the diameter, mass and size of the piping in circulation loop 2 .
Ainsi la température T1 peut être inférieure à la température minimale de fonctionnement Tmin au point d’entrée moteur P1m puisque la température du fluide caloporteur F sera réchauffée jusqu’à la deuxième température T2 avant son entrée dans le premier échangeur moteur 41, les sources chaudes Cm ne risquent ainsi pas de givrer dans le premier échangeur moteur 41.Thus the temperature T1 can be lower than the minimum operating temperature Tmin at the engine entry point P1m since the temperature of the heat transfer fluid F will be heated to the second temperature T2 before its entry into the first engine exchanger 41, the hot sources Cm thus do not risk icing in the first engine exchanger 41.
Dans une forme de réalisation, la deuxième température T2 du fluide caloporteur F est comprise entre 2°C (275K) et 90°C (363K).In one embodiment, the second temperature T2 of the heat transfer fluid F is between 2°C (275K) and 90°C (363K).
De même, de préférence, la quatrième température T4 du fluide caloporteur F est comprise entre 127°C (400K) et 227°C (500K).Likewise, preferably, the fourth temperature T4 of the heat transfer fluid F is between 127°C (400K) and 227°C (500K).
Dans une forme de réalisation, en référence à la
Dans cette deuxième forme de réalisation, la température primaire Tp du flux de carburant en sortie du premier échangeur réservoir 51 est comprise entre -173°C (100K) et -73°C (200K), de manière à s’assurer que le flux de carburant est dans un état gazeux en sortie du premier échangeur réservoir 51. Dans cet exemple, la température secondaire Ts du flux de carburant en sortie du deuxième échangeur moteur 42 est comprise entre -73°C (200K) et 27°C (300K), correspondant à une température d’injection du carburant dans la chambre à combustion de la turbomachine M.In this second embodiment, the primary temperature Tp of the fuel flow leaving the first tank exchanger 51 is between -173°C (100K) and -73°C (200K), so as to ensure that the flow of fuel is in a gaseous state at the outlet of the first tank exchanger 51. In this example, the secondary temperature Ts of the fuel flow at the outlet of the second engine exchanger 42 is between -73°C (200K) and 27°C (300K ), corresponding to a fuel injection temperature in the combustion chamber of the turbomachine M.
Dans une première forme de réalisation (représentée sur la
Toujours en référence à la
Dans une première forme de réalisation (représentée sur la
Ce document présente un exemple dans lequel le système de contrôle 1 comprend un ou deux échangeur(s) moteur 41, 42 et un ou deux échangeur(s) réservoir 51, 52, il va de soi que le système de contrôle 1 pourrait comprendre un nombre différent d’échangeurs moteur 41, 42 et/ou d’échangeurs réservoir 51, 52, en particulier un nombre supérieur à deux échangeurs réservoir et/ou un nombre supérieur ou égal à deux échangeurs moteur.This document presents an example in which the control system 1 comprises one or two engine exchanger(s) 41, 42 and one or two tank exchanger(s) 51, 52, it goes without saying that the control system 1 could include a different number of engine exchangers 41, 42 and/or tank exchangers 51, 52, in particular a number greater than two tank exchangers and/or a number greater than or equal to two engine exchangers.
Dans une forme de réalisation, en référence à la
Dans cet exemple, la vanne commandable 6 est montée dans l’enceinte moteur EN-M, comme représenté sur la
Il va dorénavant être décrit un procédé de contrôle de la température du fluide caloporteur F, en référence à la
Le procédé comprend une première étape E1 de préchauffage du fluide caloporteur F, en entrée de la branche moteur 21, en amont du premier échangeur moteur 41, dans l’échangeur de chaleur régénérateur EXr, jusqu’à la deuxième température T2 supérieure à la première température T1. Le fluide caloporteur F est réchauffé dans l’échangeur régénérateur EXr par le fluide caloporteur F qui circule en aval du premier échangeur moteur 41 et qui a été réchauffé par ce dernier. La deuxième température T2 est supérieure à la température minimale de fonctionnement Tmin. Dans cet exemple, le fluide caloporteur F est chauffé, dans l’étape E1, jusqu’à une température comprise entre 2°C (275K) et 90°C (363K).The method comprises a first step E1 of preheating the heat transfer fluid F, at the inlet of the motor branch 21, upstream of the first motor exchanger 41, in the regenerative heat exchanger EXr, up to the second temperature T2 greater than the first temperature T1. The heat transfer fluid F is heated in the regenerative exchanger EXr by the heat transfer fluid F which circulates downstream of the first motor exchanger 41 and which has been heated by the latter. The second temperature T2 is higher than the minimum operating temperature Tmin. In this example, the heat transfer fluid F is heated, in step E1, to a temperature between 2°C (275K) and 90°C (363K).
Le fluide caloporteur F traverse ensuite le premier échangeur moteur 41, dans lequel il est réchauffé dans une étape E2 jusqu’à la troisième température T3, supérieure à la deuxième température T2 et supérieure à la température maximale de fonctionnement Tmax. Dans cet exemple, le fluide caloporteur F est chauffé, dans l’étape E2, jusqu’à une température comprise entre 227°C (500K) et 377°C (650K).The heat transfer fluid F then passes through the first engine exchanger 41, in which it is heated in a step E2 to the third temperature T3, higher than the second temperature T2 and higher than the maximum operating temperature Tmax. In this example, the heat transfer fluid F is heated, in step E2, to a temperature between 227°C (500K) and 377°C (650K).
Dans une troisième étape E3, le fluide caloporteur F circule ensuite à nouveau dans l’échangeur régénérateur EXr où il transfère des calories au fluide caloporteur F qui circule en amont du premier échangeur moteur 41. Le fluide caloporteur F est ainsi refroidi dans l’échangeur régénérateur EXr jusqu’à une quatrième température T4. Dans cet exemple, le fluide caloporteur F est refroidi, dans l’étape E3, jusqu’à une température comprise entre 127°C (400K) et 227°C (500K).In a third step E3, the heat transfer fluid F then circulates again in the regenerative exchanger EXr where it transfers calories to the heat transfer fluid F which circulates upstream of the first motor exchanger 41. The heat transfer fluid F is thus cooled in the exchanger regenerator EXr up to a fourth temperature T4. In this example, the heat transfer fluid F is cooled, in step E3, to a temperature between 127°C (400K) and 227°C (500K).
Le fluide caloporteur F est ensuite acheminé, dans une étape E4, vers l’enceinte réservoir EN-R. Dans une cinquième étape E5, le fluide caloporteur F traverse le premier échangeur réservoir 51 dans l’enceinte réservoir EN-R dans lequel il transfère ses calories au flux de carburant. Le fluide caloporteur F est ainsi refroidi jusqu’à la cinquième température T5, dans cet exemple égale à la première température T1.The heat transfer fluid F is then conveyed, in a step E4, to the reservoir enclosure EN-R. In a fifth step E5, the heat transfer fluid F passes through the first tank exchanger 51 in the tank enclosure EN-R in which it transfers its calories to the fuel flow. The heat transfer fluid F is thus cooled to the fifth temperature T5, in this example equal to the first temperature T1.
Le fluide caloporteur F circule alors dans la boucle de circulation 2 dans l’enceinte réservoir EN-R, c’est-à-dire dans la branche réservoir 22, pour être acheminé vers l’enceinte moteur EN-M où il sera réchauffé à nouveau dans l’échangeur régénérateur EXr.The heat transfer fluid F then circulates in the circulation loop 2 in the tank enclosure EN-R, that is to say in the tank branch 22, to be conveyed to the motor enclosure EN-M where it will be heated to new in the EXr regenerative exchanger.
Claims (13)
- une boucle de circulation (2) du fluide caloporteur (F) s’étendant à la fois dans l’enceinte réservoir (EN-R) et dans l’enceinte moteur (EN-M), la boucle de circulation (2) comprenant :
- une branche moteur (21) s’étendant dans l’enceinte moteur (EN-M) entre un point d’entrée moteur (P1m) et un point de sortie moteur (P2m), le fluide caloporteur (F) circulant d’amont en aval entre le point d’entrée moteur (P1m) et le point de sortie moteur (P2m), le fluide caloporteur (F) ayant une première température (T1) au point d’entrée moteur (P1m),
- une branche réservoir (22) s’étendant dans l’enceinte réservoir (EN-R) entre un point d’entrée réservoir (P1r) et un point de sortie réservoir (P2r), le fluide caloporteur (F) circulant d’amont en aval entre le point d’entrée réservoir (P1r) et le point de sortie réservoir (P2r), le point de sortie moteur (P2m) étant relié fluidiquement au point d’entrée réservoir (P1r), le point de sortie réservoir (P2r) étant relié fluidiquement au point d’entrée moteur (P1m),
- au moins une pompe mécanique (3) configurée pour faire circuler le fluide caloporteur (F) dans la boucle de circulation (2),
- au moins un premier échangeur moteur (41), monté sur la branche moteur (21), configuré pour réchauffer le fluide caloporteur (F) jusqu’à une troisième température (T3) supérieure à la première température (T1), à partir de calories transférées par au moins un fluide chaud (Cm) disponible dans l’enceinte moteur (EN-M), la troisième température (T3) étant supérieure à une température maximale de fonctionnement (Tmax),
- au moins un premier échangeur réservoir (51), monté sur la branche réservoir (22), configuré pour réchauffer le fluide à réchauffer (Q) à partir de calories transférées par le fluide caloporteur (F) jusqu’à une température primaire (Tp),
- au moins un échangeur de chaleur régénérateur (EXr), monté sur la branche moteur (21), l’échangeur de chaleur régénérateur (EXr) étant configuré pour réchauffer le fluide caloporteur (F) jusqu’à une deuxième température (T2) supérieure à la première température (T1) et inférieure à la troisième température (T3), la deuxième température (T2) étant supérieure à une température minimale de fonctionnement (Tmin), l’échangeur de chaleur régénérateur (EXr) étant configuré pour transférer des calories du fluide caloporteur (F) circulant en aval du premier échangeur moteur (41) à la troisième température (T3) au fluide caloporteur (F) circulant en amont du premier échangeur moteur (41) à la première température (T1), de manière à permettre au fluide caloporteur (F) d’être réchauffé dans le premier échangeur moteur (41) à une température supérieure à la température maximale de fonctionnement (Tmax) et d’être refroidi avant la sortie de l’enceinte moteur (EN-M) à une température inférieure à la température maximale de fonctionnement (Tmax).
- a circulation loop (2) of the heat transfer fluid (F) extending both in the tank enclosure (EN-R) and in the motor enclosure (EN-M), the circulation loop (2) comprising:
- a motor branch (21) extending in the motor enclosure (EN-M) between a motor entry point (P1m) and a motor outlet point (P2m), the heat transfer fluid (F) circulating from upstream to downstream between the engine entry point (P1m) and the engine exit point (P2m), the heat transfer fluid (F) having a first temperature (T1) at the engine entry point (P1m),
- a tank branch (22) extending in the tank enclosure (EN-R) between a tank entry point (P1r) and a tank exit point (P2r), the heat transfer fluid (F) circulating from upstream to downstream between the tank entry point (P1r) and the tank exit point (P2r), the motor exit point (P2m) being fluidly connected to the tank entry point (P1r), the tank exit point (P2r) being fluidly connected to the motor entry point (P1m),
- at least one mechanical pump (3) configured to circulate the heat transfer fluid (F) in the circulation loop (2),
- at least a first engine exchanger (41), mounted on the engine branch (21), configured to heat the heat transfer fluid (F) to a third temperature (T3) higher than the first temperature (T1), from calories transferred by at least one hot fluid (Cm) available in the motor enclosure (EN-M), the third temperature (T3) being greater than a maximum operating temperature (Tmax),
- at least one first tank exchanger (51), mounted on the tank branch (22), configured to heat the fluid to be heated (Q) from calories transferred by the heat transfer fluid (F) to a primary temperature (Tp) ,
- at least one regenerative heat exchanger (EXr), mounted on the motor branch (21), the regenerative heat exchanger (EXr) being configured to heat the heat transfer fluid (F) to a second temperature (T2) greater than the first temperature (T1) and lower than the third temperature (T3), the second temperature (T2) being higher than a minimum operating temperature (Tmin), the regenerative heat exchanger (EXr) being configured to transfer calories from the heat transfer fluid (F) circulating downstream of the first engine exchanger (41) at the third temperature (T3) to the heat transfer fluid (F) circulating upstream of the first engine exchanger (41) at the first temperature (T1), so as to allow the heat transfer fluid (F) to be heated in the first engine exchanger (41) to a temperature higher than the maximum operating temperature (Tmax) and to be cooled before leaving the engine enclosure (EN-M) at a temperature lower than the maximum operating temperature (Tmax).
- un circuit de carburant (CQ) relié en entrée au réservoir cryogénique (R) et en sortie à la turbomachine (M), un flux de carburant (Qc) circulant d’amont en aval dans le circuit de carburant (CQ),
- au moins une pompe mécanique (P) configurée pour faire circuler le flux de carburant (Qc) depuis le réservoir cryogénique (R) d’amont en aval dans le circuit de carburant (CQ), et
- un système de contrôle (1) de la température selon l’une des revendications 1 à 7 transférant des calories au fluide à réchauffer (Q).
- a fuel circuit (CQ) connected at the inlet to the cryogenic tank (R) and at the outlet to the turbomachine (M), a flow of fuel (Qc) circulating from upstream to downstream in the fuel circuit (CQ),
- at least one mechanical pump (P) configured to circulate the flow of fuel (Qc) from the cryogenic tank (R) from upstream to downstream in the fuel circuit (CQ), and
- a temperature control system (1) according to one of claims 1 to 7 transferring calories to the fluid to be heated (Q).
- préchauffer le fluide caloporteur (F) en amont du premier échangeur moteur (41), dans l’échangeur de chaleur régénérateur (EXr), jusqu’à une deuxième température (T2) supérieure à la première température (T1) et à la température minimale de fonctionnement (Tmin),
- réchauffer le fluide caloporteur (F) dans le premier échangeur moteur (41) jusqu’à une troisième température (T3) supérieure à la deuxième température (T2) et supérieure à la température maximale de fonctionnement (Tmax),
- refroidir le fluide caloporteur (F) en aval du premier échangeur moteur (41), dans l’échangeur de chaleur régénérateur (EXr), jusqu’à une quatrième température (T4) inférieure à la troisième température (T3) et inférieure à la température maximale de fonctionnement (Tmax).
- preheat the heat transfer fluid (F) upstream of the first motor exchanger (41), in the regenerative heat exchanger (EXr), up to a second temperature (T2) higher than the first temperature (T1) and the minimum temperature operating time (Tmin),
- heating the heat transfer fluid (F) in the first engine exchanger (41) to a third temperature (T3) higher than the second temperature (T2) and higher than the maximum operating temperature (Tmax),
- cool the heat transfer fluid (F) downstream of the first motor exchanger (41), in the regenerative heat exchanger (EXr), up to a fourth temperature (T4) lower than the third temperature (T3) and lower than the temperature maximum operating temperature (Tmax).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2203890A FR3134850A1 (en) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | System for controlling the temperature of a heat transfer fluid in a circulation loop, temperature control method |
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|---|---|---|---|
| FR2203890 | 2022-04-26 | ||
| FR2203890A FR3134850A1 (en) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | System for controlling the temperature of a heat transfer fluid in a circulation loop, temperature control method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3134850A1 true FR3134850A1 (en) | 2023-10-27 |
Family
ID=82483031
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2203890A Pending FR3134850A1 (en) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | System for controlling the temperature of a heat transfer fluid in a circulation loop, temperature control method |
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2005628A1 (en) | 1968-04-05 | 1969-12-12 | Sandoz Sa | |
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| FR2914365A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-03 | Airbus France Sas | Equipment e.g. electric generator, cooling and controlling system for propulsion system i.e. jet engine, of aircraft, has closed circuit circulating heat transfer fluid between equipments and two heat exchange units |
| FR3110938A1 (en) * | 2020-05-28 | 2021-12-03 | Safran | Heating installation for cryogenic fuel |
-
2022
- 2022-04-26 FR FR2203890A patent/FR3134850A1/en active Pending
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