FR3138940A1 - Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur - Google Patents

Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur Download PDF

Info

Publication number
FR3138940A1
FR3138940A1 FR2208398A FR2208398A FR3138940A1 FR 3138940 A1 FR3138940 A1 FR 3138940A1 FR 2208398 A FR2208398 A FR 2208398A FR 2208398 A FR2208398 A FR 2208398A FR 3138940 A1 FR3138940 A1 FR 3138940A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
sheet
exchanger
hydraulic
nacelle
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2208398A
Other languages
English (en)
Inventor
Xavier Cazuc
Jean-Nicolas Pierre BOUCHOUT
Marc Aubree
Xavier CARCENAC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Nacelles SAS
Original Assignee
Safran Nacelles SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Nacelles SAS filed Critical Safran Nacelles SAS
Priority to FR2208398A priority Critical patent/FR3138940A1/fr
Priority to PCT/FR2023/051257 priority patent/WO2024038230A1/fr
Publication of FR3138940A1 publication Critical patent/FR3138940A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0366—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F28F3/14—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels by separating portions of a pair of joined sheets to form channels, e.g. by inflation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0021—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for aircrafts or cosmonautics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0026—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for combustion engines, e.g. for gas turbines or for Stirling engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Echangeur (20) de chaleur surfacique, notamment pour nacelle d’aéronef, comprenant une première tôle (21) et une deuxième tôle (22) assemblées entre elles et au moins trois canaux de distributions (25) disposés entre la première tôle (21) et la deuxième tôle (22), l’échangeur comprenant en outre une interface hydraulique d’entrée (28) et à une interface hydraulique de sortie (29). Chacun des canaux de distribution (25) est relié directement à l’interface hydraulique d’entrée (28) et l’interface hydraulique de sortie (29) et en ce que les canaux (25) de distribution sont répartis sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée (28) et/ou de l’interface hydraulique de sortie (29). Figure pour l’abrégé : [Fig 3]

Description

Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, notamment des carénages d’un moteur d’aéronef, appelés « nacelle ».
 Etat de la technique antérieure
Généralement, un aéronef est propulsé par un ou plusieurs ensembles propulsifs comprenant chacun un moteur ou turboréacteur logé dans une nacelle tubulaire.
Une nacelle comprend généralement un corps tubulaire comprenant une section amont comprenant une entrée d’air en amont du turboréacteur, une section médiane configurée pour entourer une soufflante du turboréacteur et une section aval configurée pour loger des moyens d’inversion de poussée et pour entourer la chambre de combustion du turboréacteur. La nacelle comprend généralement une tuyère d’éjection en aval de la section aval et dont la sortie est située en aval du turboréacteur.
En outre, la nacelle comprend usuellement une structure externe et une structure interne fixe, dite « inner fixed structure », d’acronyme « IFS » en termes anglo-saxons. La structure interne fixe est concentrique à la structure externe, au niveau de la section aval et entoure le cœur du turboréacteur en aval de la soufflante.
Ces structures externe et interne définissent une veine annulaire d’écoulement, appelée veine secondaire, visant à canaliser un flux d’air froid, dit secondaire, circulant à l’extérieur du turboréacteur.
La structure externe comporte un carénage externe définissant une surface aérodynamique externe et un carénage interne définissant une surface aérodynamique interne. Les carénages interne et externe sont reliés en amont par une paroi de bord d’attaque formant une lèvre d’entrée d’air.
De manière générale, le turboréacteur comprend un ensemble de pales entraînées en rotation par un générateur de gaz à travers un ensemble de moyens de transmission. La nacelle comprend en outre un système de distribution de lubrifiant afin d’assurer une bonne lubrification de ces moyens de transmission et les refroidir. Le lubrifiant est avantageusement de l’huile.
Afin de refroidir le lubrifiant, la nacelle comprend généralement un système de refroidissement comportant au moins un échangeur de chaleur. Le système de refroidissement est configuré pour faire circuler un fluide, par exemple le lubrifiant ou un liquide de refroidissement qui refroidira le lubrifiant.
On connait parmi les échangeurs de chaleur les échangeurs air/lubrifiant utilisant de l’air prélevé dans la veine secondaire (flux dit froid) de la nacelle ou d’un des premiers étages du compresseur. Le prélèvement et la circulation d’air à travers l’échangeur de chaleur perturbe l’écoulement du flux d’air et entraîne des pertes de charges supplémentaires, appelées trainées, ce qui n’est pas souhaitable.
On connait également les échangeurs de chaleur à ailettes fixés sur une des parois de la nacelle délimitant la veine secondaire. Le fluide est refroidi par l’écoulement du flux d’air dans la veine secondaire qui circule le long des ailettes sur la surface de l’échangeur.
Une telle solution génère également d’importantes pertes aérodynamiques.
Cela engendre des pertes significatives de consommation de carburant.
On connait également les systèmes de refroidissement de fluide comprenant un échangeur surfacique structural.
Dans l’exemple illustré sur les figures 1 et 2, un échangeur 10 surfacique structural sans ailettes comprenant une première peau 11 ondulée et une deuxième peau 12 dite lisse, assemblées par soudage ou brasage ou rivetage.
Des canaux 13 de distribution sont formés par l’assemblage de la première peau 11 présentant des ondulations sur la deuxième peau 12 dite lisse ou aérodynamique, lesdites peaux 11, 12 formant alors la double paroi du carénage interne et/ou externe.
Chaque canal 13 de distribution est délimité par une ondulation de la première peau 11 et de la deuxième peau 12 lisse.
Un fluide, par exemple, un fluide caloporteur ou le lubrifiant, est destiné à circuler dans les canaux 13 et de l’air est destiné à circuler au contact de la deuxième peau 12 lisse.
A cet effet, la deuxième peau 12 lisse est destinée à être au contact d’un flux d’air. Elle permet de maximiser l’écoulement du flux d’air. On parle de peau aérodynamique.
L’échangeur de chaleur 10 comprend en outre un distributeur 14 et un collecteur 15 de fluide.
Le distributeur 14 de fluide est une cavité formée dans la première peau 11 ondulée permettant de distribuer le fluide en entrée des canaux 13. Le distributeur 14 de fluide est relié à une interface hydraulique 16 d’entrée de l’échangeur.
Le collecteur 15 de fluide est une cavité formée dans la première peau 11 ondulée permettant de distribuer le fluide en sortie des canaux 13. Le collecteur 15 de fluide est relié à une interface hydraulique 17 de sortie de l’échangeur.
L’échangeur de chaleur 10 comprend également un ou plusieurs raidisseurs ou organes de renfort 18 soudés entre la première et la deuxième peaux 11, 12 et configurés pour assurer la tenue structurelle dudit échangeur.
On peut se référer à cet égard au document FR 3 094 657 qui décrit un procédé de fabrication d’un échangeur surfacique structural pour nacelle.
Toutefois, la présence de distributeur et de collecteur génère des risques de formage en raison de l’orientation des canaux de distribution perpendiculaire à l’orientation du distributeur et du collecteur. Les formages des rayons de raccordement des canaux de distribution à la surface d’appui, ainsi que des rayons de raccordement du distributeur et du collecteur à la surface d’appui ne sont pas optimisés et induisent de forts risques de déchirement de la tôle.
Les pertes de charges hydrauliques sont également importantes en raison de la présence des raidisseurs entre le distributeur et la surface d’appui et entre le collecteur et la surface d’appui.
Par ailleurs, les largeurs non supportées du distributeur, du collecteur et des points des interfaces hydrauliques génèrent des efforts de pelage incompatibles avec les normes actuelles dans le domaine du soudage par recouvrement.
Il existe un besoin d’optimiser les systèmes de refroidissement d’un fluide, notamment les échanges thermiques entre un fluide et l’air, tout en optimisant la tenue structurale de l’échangeur de chaleur.
La présente invention a donc pour but de palier les inconvénients précités.
L’objectif de l’invention est d’améliorer les échanges thermiques entre un fluide circulant dans un échangeur de chaleur et l’air circulant à l’extérieur dudit échangeur de chaleur, tout en optimisant la tenue structurale de l’échangeur de chaleur.
L’invention a pour objet un échangeur de chaleur surfacique, notamment pour nacelle d’aéronef, comprenant une première peau ou tôle et une deuxième peau ou tôle assemblées entre elles et au moins trois canaux de distributions disposés entre la première tôle et la deuxième tôle.
L’échangeur comprend en outre une interface hydraulique d’entrée et à une interface hydraulique de sortie.
Chacun des canaux de distribution est relié directement à l’interface hydraulique d’entrée et l’interface hydraulique de sortie et en ce que les canaux de distribution sont répartis sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée et/ou de l’interface hydraulique de sortie.
L’absence de distributeur et de collecteur améliore la facilité de formage des canaux de distribution, voire permet de supprimer l’opération de formage de la première tôle, réduit et homogénéise les pertes de charges hydrauliques, ce qui améliore la performance thermique.
De plus, les largeurs non supportées sont réduites, ce qui augmente la capacité de tenue structurale de l’échangeur de chaleur.
Par « directement », on entend une liaison directe sans élément intermédiaire. En d’autres termes, il n’y a plus de collecteur et de distributeur situé entre les canaux et respectivement les interfaces hydrauliques d’entrée et de sortie.
Ceci permet d’avoir un nombre plus important de canaux et d’avoir une répartition homogène en entrée ou en sortie quel que soit le nombre de canaux. Cela permet également de limiter les pertes de charges en alimentant directement chaque canal à partir de l’interface d’entrée.
Par « échangeur surfacique », on entend un échangeur sans ailettes, un échangeur lisse, dont la paroi ou peau qui définit la veine forme la surface d’échange thermique.
Le fait de ne pas avoir d’ailettes, ou d’autres formes destinées à augmenter la surface de contact entre le flux et l’échangeur, permet de ne pas avoir d’obstacle au flux d’air dans la veine, et donc de réduire les pertes de charges aérodynamiques.
Les canaux de distribution sont configurés pour s’étendre entre l’interface hydraulique d’entrée et l’interface hydraulique de sortie.
Avantageusement, les canaux de distribution sont régulièrement répartis sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée et/ou de l’interface hydraulique de sortie.
Par exemple, les canaux de distribution présentent une section identique entre eux.
En variante, on pourrait prévoir des sections différentes entre chacun des canaux. Par exemple, on pourrait prévoir que les canaux de distribution les plus longs présentent une section plus importante afin d’équilibrer les débits entre lesdits canaux de distribution.
Selon un mode de réalisation, chacune des première et deuxième tôles est plane.
En variante, chacune des première et deuxième tôles est courbe pour assurer une continuité aérodynamique avec le reste de la nacelle.
Avantageusement, l’échangeur comprend une pluralité d’entretoises ou d’organes d’espacement disposés entre la première tôle et la deuxième tôle, deux organes d’espacement adjacents délimitant un canal de distribution.
Par exemple, la première tôle et la deuxième tôle sont assemblées entre elles par une zone d’assemblage, par exemple de soudage ou brasage, au niveau des organes d’espacement, ladite zone d’assemblage s’étendant depuis la première tôle jusqu’à la deuxième tôle.
Selon une variante, la zone d’assemblage peut traverser l’organe d’espacement correspondant.
Par exemple, les organes d’espacement présentent chacun une épaisseur comprise entre 2mm et 4mm, par exemple égale à 3mm.
En variante, les organes d’espacement peuvent faire partie de la deuxième tôle, en usinant les zones inter canaux et les canaux directement sur ladite deuxième tôle. Dans cette variante, l’épaisseur de la zone d’assemblage est réduite et s’étend depuis la première tôle jusqu’à la partie adjacente de la deuxième tôle.
Par exemple, la section de chacun des canaux de distribution a la forme d’un quadrilatère, telle que par exemple un trapèze, un carré, un rectangle, etc…
Selon un mode de réalisation, la première tôle comprend une pluralité d’ondulations, les canaux de distribution étant délimités chacun par une ondulation de la première tôle ondulée et la deuxième tôle.
Par exemple, chaque canal de distribution présente une section en demi-cercle.
De manière générale, la première tôle présente une épaisseur comprise entre 1 et 2mm et la deuxième tôle présente une épaisseur comprise entre 0,6 et 2mm.
La première tôle et/ou la deuxième tôle est en aluminium ou en alliage comportant de l’aluminium. Cela permet d’améliorer la légèreté, la formabilité des tôles et les échanges thermiques.
Avantageusement, l’échangeur comprend un axe de symétrie passant par l’interface hydraulique d’entrée et l’interface hydraulique de sortie, les canaux de distribution étant disposés de manière symétrique par rapport audit axe de symétrie.
Selon un second aspect, l’invention concerne une nacelle de turbomachine comprenant une structure externe et une structure interne délimitant une veine annulaire d’écoulement secondaire, visant à canaliser un flux d’air froid, dit secondaire, circulant à l’extérieur de la turbomachine. Ladite nacelle comprend un logement pour une turbomachine, laquelle délimitant avec la structure interne une veine annulaire d’écoulement primaire.
La nacelle comprend au moins un échangeur de chaleur tel que décrit précédemment fixé soit sur la structure externe, du côté de la veine secondaire ou du côté externe à ladite structure externe, ou soit sur la structure interne, du côté de la veine secondaire ou du côté de la veine primaire.
Lorsque l’échangeur est fixé sur la surface interne du carénage interne, l’échangeur de chaleur est fixé dans la veine secondaire, de manière que le flux d’air circulant dans la veine secondaire soit en contact avec la deuxième tôle.
Lorsque l’échangeur est fixé sur la surface externe de la structure interne de la nacelle, l’échangeur de chaleur est fixé dans la veine secondaire, de manière que le flux d’air circulant dans la veine secondaire soit en contact avec la deuxième tôle.
Lorsque l’échangeur est fixé sur la surface externe de la structure externe de la nacelle, l’échangeur de chaleur est fixé de manière que le flux d’air extérieur soit en contact avec la deuxième tôle.
Ainsi, l’échangeur de chaleur peut servir à refroidir un fluide à partir du flux secondaire ou de l’air extérieur.
Lorsque l’échangeur de chaleur est fixé sur la surface interne de la structure interne, c’est-à-dire dans l’écoulement de fluide de la veine primaire, il peut servir à réchauffer un fluide à partir du flux primaire
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins indexés sur lesquels :
,
est une vue schématique d’un échangeur surfacique structural selon l’art antérieur ;

est une vue de détails en coupe partielle de l’échangeur de la ;

est une vue schématique d’un échangeur de chaleur surfacique selon un mode de réalisation de l’invention ;

est une vue de détails en coupe partielle de l’échangeur de la ;

est une vue schématique d’un échangeur de chaleur surfacique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

est une vue de détails en coupe partielle de l’échangeur de la ;

est une vue schématique d’un échangeur de chaleur surfacique selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique d’un échangeur de chaleur surfacique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique d’un échangeur de chaleur surfacique selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique d’un échangeur de chaleur surfacique selon un sixième mode de réalisation de l’invention ; et

est une vue schématique d’une turbomachine comprenant une nacelle d’aéronef équipée d’un échangeur de chaleur selon un des modes de réalisation de l’invention.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation de l’air dans la turbomachine. Les termes « interne » et « externe » sont définis par rapport à l’axe longitudinal de la turbomachine, le terme interne définissant un élément plus proche dudit axe qu’un élément externe.
En référence à l’exemple illustré sur les figures 3 et 4, un échangeur 20 de chaleur comprend une première peau ou tôle 21 et une deuxième peau ou tôle 22 assemblées l’une sur l’autre par l’intermédiaire d’entretoises ou d’organes d’espacement 23, 24 visibles sur la .
Les entretoises 23, 24 et la deuxième peau 22 forment une unique pièce.
Chacune des première et deuxième peaux 21, 22 est ici plane. En variante, on pourrait prévoir que les première et deuxième peaux 21, 22 soient courbes.
L’échangeur 20 comprend une pluralité de canaux de distribution 25 délimités chacun latéralement entre deux entretoises 23, 24 adjacentes et verticalement entre la première et la deuxième peau 21, 22.
De manière nullement limitative, la section de chacun des canaux de distribution 25 a ici la forme d’un rectangle. En variante, on pourrait prévoir que la section présente la forme générale d’un quadrilatère quelconque, telle que par exemple un trapèze, un carré, etc…. De manière générale, la section de chacun des canaux de distribution 25 peut être de toute forme.
Tel qu’illustré, les canaux de distribution 25 présente une section identique entre eux.
En variante, on pourrait prévoir des sections différentes entre chacun des canaux.
Par exemple, on pourrait prévoir que les canaux de distribution les plus longs présentent une section plus importante afin d’équilibrer les débits entre lesdits canaux de distribution, tel que l'on peut le voir dans l’exemple de la .
Les canaux de distribution 25 sont reliés directement respectivement à une interface hydraulique d’entrée 28 et à une interface hydraulique de sortie 29.
En d’autres termes, il n’y a plus de collecteur et de distributeur situé entre les canaux 25 et respectivement les interfaces hydrauliques d’entrée 28 et de sortie 29.
Tel qu’illustré sur la , les extrémités d’entrée 25a des canaux 25 de distribution sont réparties de manière uniforme, c’est-à-dire régulièrement réparties, sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée 28 et les extrémités de sortie 25b des canaux 25 de distribution sont réparties de manière uniforme sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique de sortie 29.
De préférence, les canaux de distribution 25 peuvent être régulièrement répartis circonférentiellement entre eux autour de l’interface hydraulique d’entrée 28 et/ou de l’interface hydraulique de sortie 29. En d’autres termes, le « centre » 25a, 25b de chaque canal de distribution 25, au niveau de la connexion avec l’interface hydraulique d’entrée 28 et/ou l’interface hydraulique de sortie 29, est régulièrement circonférentiellement espacé du « centre » d’un canal de distribution adjacent.
De manière générale, les canaux 25 de distribution sont répartis sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée 28 et/ou de l’interface hydraulique de sortie 29.
Les extrémités d’entrée 25a des canaux 25 et les extrémités de sortie 25b des canaux 25 présentent une forme courbée.
La concavité des extrémités d’entrée 25a et des extrémités de sortie 25b des canaux 25 est dirigée vers le centre de l’échangeur 20. »
Les extrémités d’entrée 25a et les extrémités de sortie 25b sont reliées entre elles par une portion 25d rectiligne.
Les première et deuxième peau 21, 22 sont assemblées par une zone d’assemblage 26, 27 par exemple une zone de soudage ou de brasage 26, 27 au niveau des entretoises 23, 24. Ladite zone d’assemblage 26, 27 s’étend depuis la première peau 21 jusqu’à la deuxième peau 22 en traversant l’entretoise correspondante 23, 24.
En variante, les organes d’espacement peuvent faire partie de la deuxième tôle, en usinant les zones inter canaux et les canaux directement sur ladite deuxième tôle. Dans cette variante, l’épaisseur de la zone d’assemblage est réduite et s’étend depuis la première tôle jusqu’à la partie adjacente de la deuxième tôle.
Tel qu’illustré sur la , et à titre nullement limitatif, l’échangeur 20 comprend huit canaux de distribution 25.
En variante, l’échangeur de chaleur 20 pourrait comprendre un nombre différent de canaux de distribution 25, par exemple supérieur ou égal à trois, tel qu’illustré sur la ou supérieur ou égal à quatre, tel qu’illustré dans l’exemple de la dans lequel les mêmes éléments portent les mêmes références.
Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 3, 5, 7 à 9, l’échangeur 20, 30 comprend un axe de symétrie S1-S1 passant par l’interface d’entrée 28 et l’interface de sortie 29. Les canaux de distribution 25, 35 sont disposés de manière symétrique par rapport audit axe de symétrie S1, S1.
Dans l’exemple illustré sur la , la concavité des extrémités d’entrée 25a et des extrémités de sortie 25b des canaux 25 est dirigée vers le centre de l’échangeur 20. Les extrémités d’entrée 25a et les extrémités de sortie 25b sont reliées entre elles par une première portion 25d rectiligne, une portion 25e présentant une concavité dirigée vers le centre de l’échangeur 20 et une deuxième portion rectiligne 25f.
Les entretoises 23, 24 présentent chacune une épaisseur comprise entre 2mm et 4mm, par exemple égale à 3mm.
L’échangeur 20 est un échangeur thermique surfacique entre un premier fluide F1 et de l’air F2. Le fluide F1 est destiné à circuler dans les canaux 25 et l’air est destiné à circuler au contact de la deuxième peau lisse 22.
Grâce à la présente d’entretoises entre la première et la deuxième peaux 21, 22, l’étape de formage de la première peau est supprimée.
Dans l’exemple illustré sur la , les interfaces hydrauliques 28, 29 sont alignées selon un axe longitudinal et les canaux de distribution 25 s’étendent entre lesdites interfaces hydrauliques 28, 29.
En variante, on pourrait prévoir que les interfaces hydrauliques 28, 29 sont alignées selon un autre axe, par exemple un axe transversal, tel qu’illustré dans l’exemple de la , dans lequel les mêmes éléments portent les mêmes références.
De manière générale, l’invention n’est pas limitée à la forme des canaux de distribution, lesquels sont configurés pour s’étendre entre l’interface hydraulique d’entrée 28 et l’interface hydraulique de sortie 29.
Les figures 5 et 6 illustrent un autre mode de réalisation qui diffère du mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4 uniquement par le fait que la première peau ou tôle comprend une pluralité d’ondulations réalisées par formage de ladite première peau.
Tel qu’illustré sur les figures 5 et 6, un échangeur 30 de chaleur comprend une première peau ou tôle 31 et une deuxième peau ou tôle 32.
La première peau 31 comprend une pluralité d’ondulations 35c et la deuxième peau 32 est ici plane.
L’échangeur 30 comprend une pluralité de canaux de distribution 35 délimités chacun par une ondulation 35c de la première peau 31 ondulée et la deuxième peau 32 dite lisse.
L’échangeur 30 est un échangeur thermique entre un premier fluide F1 et de l’air F2. Le fluide F1 est destiné à circuler dans les canaux 35 et l’air est destiné à circuler au contact de la deuxième peau lisse 32.
Chaque canal de distribution 35 présente une section en demi-cercle.
Tel qu’illustré, les canaux de distribution 25 présente une section de taille identique entre eux.
En variante, on pourrait prévoir des sections de taille différentes entre chacun des canaux.
Par exemple, on pourrait prévoir que les canaux de distribution les plus longs présentent une section plus importante afin d’équilibrer les débits entre lesdits canaux de distribution.
Les canaux de distribution 25 sont reliés directement respectivement à une interface hydraulique d’entrée 38 et à une interface hydraulique de sortie 39.
En d’autres termes, il n’y a plus de collecteur et de distributeur situé entre les canaux 35 et respectivement les interfaces hydrauliques d’entrée 38 et de sortie 39.
Tel qu’illustré sur la , les extrémités d’entrée 35a des canaux 35 de distribution sont réparties de manière uniforme, c’est-à-dire régulièrement, sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée 38 et les extrémités de sortie 35b des canaux 35 de distribution sont réparties de manière uniforme sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique de sortie 39.
Les extrémités d’entrée 35a des canaux 35 et les extrémités de sortie 35b des canaux 35 présentent une forme courbée.
La concavité des extrémités d’entrée 35a et des extrémités de sortie 35b des canaux 35 est dirigée vers le centre de l’échangeur 30. Les extrémités d’entrée 35a et les extrémités de sortie 35b sont reliées entre elles par une portion 35d rectiligne.
En variante, on pourrait prévoir une forme plus complexe, telle que celle visible sur la .
Les première et deuxième peaux 31, 32 sont assemblées par une zone de soudage ou brasage 36, 37 de part et d’autre de l’ondulation 35c de la peau ondule 31. Ladite zone de soudage ou brasage 36, 37 s’étend depuis la première peau 31 jusqu’à la deuxième peau 32.
De manière générale, la première peau 21,31 présente une épaisseur comprise entre 1 et 2mm et la deuxième peau 22,32 présente une épaisseur comprise entre 0,6 et 2mm.
La première peau et/ou la deuxième peau 21, 31 ; 22, 32 est en aluminium ou en alliage comportant de l’aluminium. Cela permet d’améliorer la légèreté, les échanges thermiques et la formabilité des peaux.
L’échangeur est, par exemple, étanche jusqu’à 10bars.
Les échangeurs de chaleur 20, 30 décrit ci-dessus sont avantageusement destinés à équiper une nacelle 40 d’une turbomachine 50 ou moteur d’aéronef visible sur la .
Sur la est représentée très schématiquement une coupe axiale d’une turbomachine 50, d’axe général longitudinal X-X’, par exemple de type turboréacteur à double flux et double corps comprenant une soufflante 51, accouplée à un moteur à turbine à gaz comportant un compresseur basse pression 52, un compresseur haute pression 53, une chambre annulaire de combustion 54, une turbine haute pression 55 et une turbine basse pression 56.
Les rotors du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont reliés par un arbre haute pression (HP) (non représenté) et forment avec lui un corps haute pression. Les rotors du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont reliés par un arbre basse pression (BP) (non représenté) et forment avec lui un corps basse pression. Les arbres HP et BP s'étendent suivant un axe longitudinal X-X’ de la turbomachine 50.
L'arbre de soufflante est lié en rotation à l'arbre BP directement ou indirectement.
On notera que l’invention n’est pas limitée à une telle structure de turbomachine et pourrait s’appliquer à une turbomachine de structure différente, par exemple à une turbomachine de type turboréacteur à double flux, dans laquelle le compresseur basse pression fait office de soufflante.
La nacelle 40 de la turbomachine comprend un logement 41 pour la turbomachine 50 et présente une structure tubulaire comprenant un carénage externe 42 définissant une surface aérodynamique externe et un carénage interne 43 définissant une surface aérodynamique interne d’écoulement à travers la turbomachine 50 et notamment la soufflante 51.
Les carénages externe et interne 42, 43 sont reliés en amont par une paroi de lèvre d’entrée d’air 44 formant un bord d’attaque de la nacelle 40.
Les carénages externe et interne 42, 43 délimitent une structure externe comprenant usuellement une partie fixe et une partie mobile (non représentée), tel que par exemple des moyens d’inversion de poussée.
La nacelle 40 comprend en outre une structure interne fixe 45, dite « inner fixed structure », d’acronyme « IFS » en termes anglo-saxons. La structure interne fixe 45 est concentrique à la structure externe, au niveau d’une section aval et entoure le cœur du turboréacteur 50 en aval de la soufflante 51.
Ces structures externe et interne définissent une veine annulaire d’écoulement, appelée veine secondaire VS, visant à canaliser un flux d’air froid, dit secondaire, circulant à l’extérieur de la turbomachine 50.
En aval de la soufflante 51, le flux d’air principal F est séparé par la structure interne fixe 45 de la nacelle, faisant ici office d’organe de séparation, en un flux d’air primaire FP et en un flux d’air secondaire FS.
Le flux d’air primaire FP parcourt un passage interne ou veine primaire VP en pénétrant dans le compresseur basse pression 52, par exemple au niveau d’aubes directrices d’entrée 57 ou « inlet guide vanes », d’acronyme IGV en termes anglo-saxons.
Le flux d’air secondaire FS parcourt un passage annulaire externe ou veine secondaire VS, par exemple en direction d’aubes directrices de sortie 58 ou « outlet guide vanes », d’acronyme OGV en termes anglo-saxons, puis vers la sortie de la turbomachine.
La nacelle 40 est équipée d’un échangeur de chaleur 20, 30, fixé ici sur la surface interne du carénage interne 43. Ainsi, l’échangeur de chaleur 20, 30 est fixé dans la veine secondaire VS, de manière que le flux d’air circulant dans la veine secondaire VS soit en contact avec la deuxième peau 22, 32 de l’échangeur de chaleur 20, 30.
En variante, on pourrait prévoir que l’échangeur de chaleur 20, 30 soit fixé ici sur la surface externe de la structure interne 45 de la nacelle 40.
Selon une autre variante, l’échangeur de chaleur 20, 30 peut être fixé sur la surface externe du carénage externe 42 de la nacelle 40. Ainsi, l’échangeur de chaleur 20, 30 peut servir à refroidir un fluide à partir du flux secondaire FS ou de l’air extérieur.
Selon encore une autre variante, l’échangeur de chaleur 20, 30 pourrait être fixé sur la surface interne de la structure interne 45, c’est-à-dire dans l’écoulement de fluide de la veine primaire VP.
Ainsi, l’échangeur de chaleur 20, 30 peut servir à réchauffer un fluide à partir du flux primaire FP.
L’air de refroidissement circule à travers l’échangeur, notamment la deuxième peau 22, 32 dite lisse où il récupère une partie de l’énergie thermique du fluide caloporteur.
Grace à l’invention, les échanges thermiques entre un fluide circulant dans l’échangeur de chaleur et l’air circulant à l’extérieur dudit échangeur de chaleur sont optimisés, tout en améliorant la tenue structurale de l’échangeur de chaleur et en réduisant les pertes de charges aérodynamiques.
Par ailleurs, l’absence de distributeur et de collecteur améliore la facilité de formage des canaux de distribution, voire permet de supprimer cette opération de formage, et réduit et homogénéise les pertes de charges hydrauliques.

Claims (10)

  1. Echangeur (20, 30) de chaleur surfacique, notamment pour nacelle d’aéronef, comprenant une première tôle (21, 31) et une deuxième tôle (22, 32) assemblées entre elles et au moins trois canaux de distributions (25, 35) disposés entre la première tôle (21, 31) et la deuxième tôle (22, 32), l’échangeur comprenant en outre une interface hydraulique d’entrée (28, 38) et une interface hydraulique de sortie (29, 39), caractérisé en ce que chacun des canaux de distribution (25, 35) est relié directement à l’interface hydraulique d’entrée (28, 38) et à l’interface hydraulique de sortie (29, 39) et en ce que les canaux (25, 35) de distribution sont répartis sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée (28, 38) et/ou de l’interface hydraulique de sortie (29, 39).
  2. Echangeur (20, 30) selon la revendication 1, dans lequel les canaux (25, 35) de distribution sont régulièrement répartis sur l’ensemble du pourtour de l’interface hydraulique d’entrée (28, 38) et/ou de l’interface hydraulique de sortie (29, 39).
  3. Echangeur (20, 30) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les canaux de distribution (25, 35) présentent une section identique entre eux.
  4. Echangeur (20, 30) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les canaux de distribution (25, 35) présentent une section différente entre eux.
  5. Echangeur (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité d’organes d’espacement (23, 24) disposés entre la première tôle (21) et la deuxième tôle (22), deux organes d’espacement (23, 24) adjacents délimitant un canal de distribution (25).
  6. Echangeur (20) selon la revendication 5, dans lequel la première tôle (21) et la deuxième tôle (22) sont assemblées entre elles par une zone d’assemblage (26, 27) au niveau des organes d’espacement (23, 24), ladite zone d’assemblage (26, 27) s’étendant depuis la première tôle (21) jusqu’à la deuxième tôle (22).
  7. Echangeur (30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première tôle (31) comprend une pluralité d’ondulations (35c), les canaux de distribution (35) étant délimités chacun par une ondulation (35c) de la première tôle (31) ondulée et la deuxième tôle (32).
  8. Echangeur (30) selon la revendication 7, dans lequel chaque canal de distribution (35) présente une section en demi-cercle.
  9. Echangeur (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur (20, 30) comprend un axe de symétrie (S1-S1) passant par l’interface hydraulique d’entrée (28) et l’interface hydraulique de sortie (29), les canaux de distribution (25, 35) étant disposés de manière symétrique par rapport audit axe de symétrie (S1, S1).
  10. Nacelle (40) de turbomachine comprenant une structure externe (42, 43) et une structure interne (45) délimitant une veine annulaire d’écoulement secondaire (VS), ladite nacelle (40) comprenant un logement pour une turbomachine (50), laquelle délimitant avec la structure interne (45) une veine annulaire d’écoulement primaire (VP), la nacelle comprenant au moins un échangeur de chaleur (20, 30) selon l’une quelconque des revendications précédentes fixé soit sur la structure externe (42, 43), du côté de la veine secondaire (VS) ou du côté externe à ladite structure externe (42, 43), ou soit sur la structure interne (45), du côté de la veine secondaire (VS) ou du côté de la veine primaire (VP).
FR2208398A 2022-08-19 2022-08-19 Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur Pending FR3138940A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2208398A FR3138940A1 (fr) 2022-08-19 2022-08-19 Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur
PCT/FR2023/051257 WO2024038230A1 (fr) 2022-08-19 2023-08-08 Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d'une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d'un tel échangeur de chaleur

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2208398 2022-08-19
FR2208398A FR3138940A1 (fr) 2022-08-19 2022-08-19 Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3138940A1 true FR3138940A1 (fr) 2024-02-23

Family

ID=84820142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2208398A Pending FR3138940A1 (fr) 2022-08-19 2022-08-19 Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3138940A1 (fr)
WO (1) WO2024038230A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7044207B1 (en) * 1999-07-27 2006-05-16 Zie Pack Heat exchanger and related exchange module
FR3022994A1 (fr) * 2014-06-25 2016-01-01 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur et procede de fabrication dudit echangeur de chaleur
US20190107338A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-11 Other Lab, Llc Conformable heat exchanger system and method
US20190178586A1 (en) * 2016-08-30 2019-06-13 Alfa Laval Corporate Ab Plate heat exchanger for solar heating
FR3094657A1 (fr) 2019-04-03 2020-10-09 Safran Nacelles Procédé de fabrication d’un échangeur surfacique structural pour nacelle

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11002290B2 (en) * 2016-01-08 2021-05-11 General Electric Company Heat exchanger for embedded engine applications: curvilinear plate
BR102017027998A2 (pt) * 2017-01-13 2018-12-04 Unison Industries, Llc refrigerante de revestimento de ventilador

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7044207B1 (en) * 1999-07-27 2006-05-16 Zie Pack Heat exchanger and related exchange module
FR3022994A1 (fr) * 2014-06-25 2016-01-01 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur et procede de fabrication dudit echangeur de chaleur
US20190178586A1 (en) * 2016-08-30 2019-06-13 Alfa Laval Corporate Ab Plate heat exchanger for solar heating
US20190107338A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-11 Other Lab, Llc Conformable heat exchanger system and method
FR3094657A1 (fr) 2019-04-03 2020-10-09 Safran Nacelles Procédé de fabrication d’un échangeur surfacique structural pour nacelle

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024038230A1 (fr) 2024-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0628728B1 (fr) Turboréacteur
EP2336525B1 (fr) Intégration d'un échangeur de chaleur air-liquide sur moteur
EP3172517B1 (fr) Echangeur thermique a plaques avec renforts structurels pour turbomoteur
EP2075194A1 (fr) Echangeur de chaleur air-huile disposé à l'emplacement du bec séparateur d'air d'un turboréacteur et turboréacteur comprenant un tel échangeur de chaleur air-huile
FR3065490B1 (fr) Ensemble propulsif pour aeronef comportant des echangeurs de chaleur air-liquide
FR3049644A1 (fr) Aube directrice de sortie pour turbomachine d'aeronef, presentant une fonction amelioree de refroidissement de lubrifiant a l'aide d'une matrice de conduction thermique logee dans un passage interieur de l'aube
EP3519753B1 (fr) Matrice d'echangeur de chaleur air huile de turboreacteur
FR3034474A1 (fr) Turbomachine equipee d'un secteur d'aubage et d'un circuit de refroidissement
WO2020234525A2 (fr) Systeme d'echange de chaleur optimise
EP3973236A1 (fr) Systeme d'echange de chaleur optimise de turbomachine
EP3673154B1 (fr) Conduit de décharge d'un moyeu de carter intermédiaire pour turboréacteur d'aéronef comportant des canaux de refroidissement
FR2988822A1 (fr) Echangeur thermique a plaques a ondulations sinusoidales pour turbomoteur
EP4226112A1 (fr) Échangeur de chaleur en contre-courant pour turbomachine, turbomachine et procédé de fabrication de l'échangeur
FR3091720A1 (fr) Ensemble pour une turbomachine
EP3719279B1 (fr) Échangeur de chaleur surfacique pour système de refroidissement de turboréacteur pour aéronef
FR3138940A1 (fr) Echangeur de chaleur surfacique pour nacelle d’une turbomachine et nacelle de turbomachine équipée d’un tel échangeur de chaleur
FR3003024A1 (fr) Echangeur de chaleur d'une turbomachine
WO2024061737A1 (fr) Turbomachine axiale triple-flux avec échangeur de chaleur
BE1030019B1 (fr) Échangeur de chaleur air-huile
BE1030017B1 (fr) Échangeur de chaleur air-huile avec by-pass pour turbomachine
WO2024061740A1 (fr) Turbomachine axiale triple-flux avec échangeur de chaleur étanche dans le troisième flux
FR3140137A1 (fr) Turbomachine triple-flux avec échangeur de chaleur supportant une virole interne
FR3136054A1 (fr) Echangeur de chaleur en contre-courant pour turbomachine, turbomachine et procédé de fabrication de l’échangeur
FR3140136A1 (fr) Turbomachine axiale triple-flux avec échangeur de chaleur
WO2022189739A1 (fr) Échangeur de chaleur surfacique avec sorties additionelles

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20240223