BR102015016036A2 - Métodos e sistemas de resfriamento passivo de aeronave - Google Patents

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Abstract

trata-se de sistemas de resfriamento passivo a bordo de aeronave com um evaporador/receptor em relação de troca de calor com pelo menos uma fonte de calor a bordo da aeronave, sendo que o evaporador/receptor contém um fluido de trabalho de fase líquida que muda o estado para um fluido de trabalho de fase de vapor em resposta à transferência de calor do mesmo a partir da pelo menos uma fonte de calor. o primeiro e o segundo condensadores são conectados de modo fluido ao evaporador/receptor para receber o fluido de trabalho de fase de vapor do evaporador/receptor. uma corrente de suprimento de ar pressurizado interno de aeronave é fornecida em relação de troca de calor com o segundo condensador e uma corrente de suprimento de ar não pressurizado externo de aeronave é fornecida em relação de troca de calor com o primeiro condensador. pelo menos uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor transferida para o primeiro e o segundo condensadores é condensada desse modo por transferência de calor entre o primeiro e o segundo condensadores e as correntes de suprimento de ar não pressurizado e pressurizado, respectivamente, para formar assim o fluido de trabalho de fase líquida que retorna ao evaporador/receptor em virtude da conexão fluida com o primeiro e o segundo condensadores.

Description

(54) Título: MÉTODOS E SISTEMAS DE RESFRIAMENTO PASSIVO DE AERONAVE (51) Int. Cl.: B64D 47/00; F02C 7/141; F02C 7/18; H05K 7/20 (30) Prioridade Unionista: 02/07/2015 US 14/322,133 (73) Titular(es): EMBRAER S.A.,
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA ( UFSC) (72) Inventor(es): JORGE LUIZ GOES OLIVEIRA; KLEBER VIEIRA DE PAIVA; LUIZ GONZAGA DE SOUZA RIBEIRO; MARCIA BARBOSA HENRIQUES MANTELLI; RICARDO GANDOLFI (74) Procurador(es): VEIRANO ADVOGADOS (57) Resumo: Trata-se de sistemas de resfriamento passivo a bordo de aeronave com um evaporador/receptor em relação de troca de calor com pelo menos uma fonte de calor a bordo da aeronave, sendo que o evaporador/receptor contém um fluido de trabalho de fase líquida que muda o estado para um fluido de trabalho de fase de vapor em resposta à transferência de calor do mesmo a partir da pelo menos uma fonte de calor. O primeiro e o segundo condensadores são conectados de modo fluido ao evaporador/receptor para receber o fluido de trabalho de fase de vapor do evaporador/receptor. Uma corrente de suprimento de ar pressurizado interno de aeronave é fornecida em relação de troca de calor com o segundo condensador e uma corrente de suprimento de ar não pressurizado externo de aeronave é fornecida em relação de troca de calor com o primeiro condensador. Pelo menos uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor transferida para o primeiro e o segundo condensadores é condensadf...) —•'L--A p
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14b 14c
1/18
MÉTODOS E SISTEMAS DE RESFRIAMENTO PASSIVO DE AERONAVE
CAMPO [0001] As modalidades reveladas no presente documento referem-se, em geral, a sistemas de resfriamento passivo que são especialmente adaptados para uso a bordo de uma aeronave.
ANTECEDENTES [0002] A indústria aeronáutica tem aumentado cada vez mais sua demanda para maior potência de resfriamento para equipamento eletroeletrônico a bordo. Essa demanda elevada de potência de resfriamento é evidente com o advento de aeronave de categoria de transporte que depende mais de forma mais pesada de sistemas a bordo eletricamente alimentados que foram implantados para substituir os mais sistemas pneumáticos convencionais e/ou baseados em potência hidráulica, tais como atuadores de controle de voo elétrico, compressores de cabine para sistemas de controle ambiental e aquecedores elétricos para proteção de gelo. Consequentemente, os requisitos de potência elétrica para auxiliar tais sistemas eletricamente alimentados e eletrônicos (controladores de motor, conversores de potência e similares) por sua vez, aumentaram proporcionalmente exigindo assim uma capacidade maior para dissipar mais calor. Adicionalmente, à medida que tanto tamanho quanto peso são penalidades significativas para componentes de aeronave, a densidade de potência por unidade de área de superfície tende também a aumentar. Portanto, de modo a tornar viável instalar eletrônicos a bordo com alta dissipação de calor, é necessário implantar técnicas mais eficientes para remover
2/18 calor de tais dispositivos.
[0003] Sistemas de resfriamento de aeronave atualmente em uso usam tradicionalmente ar como o fluido de trabalho. Convecção natural tem resistência térmica inerentemente alta entre as fontes e dissipadores de calor. A convecção forçada de ar por ventiladores reduz a ineficiência de sistemas de resfriamento aumentando-se os coeficientes de transferência de calor, mas os ventiladores geram ruído acústico, consomem potência elétrica, adicionam peso e exigem manutenção periódica.
[0004] Dispositivos de transferência de calor tais como termossifões passivos e tubos de calor podem ser classificados como supercondutores de calor. Sob restrições de projeto, esses dispositivos apresentam baixa resistência térmica e ruído acústico. Adicionalmente, consumo de potência não é exigido e espera-se que a manutenção diminua drasticamente conforme comparado aos sistemas de resfriamento de convecção de ar forçado. Portanto, dispositivos de transferência de calor de termossifão passiva são adequados para serem usados em aplicações de aeronave.
[0005] Na indústria aeronáutica, a aplicação de tubos de calor e termossifões é limitada a compartimentos em que a instalação de elementos de resfriamento tradicional, tais como dutos e ventiladores, é difícil de ser alcançada. Técnicas de resfriamento com base em tecnologias de tubo de calor foram recentemente observadas. Por exemplo, O documento de Patente no U.S. 7.505.267 (cujo conteúdo inteiro é expressamente incorporado ao mesmo a título de referência) revela o uso
3/18 de tubos de calor em um circuito de refrigeração para dispositivos de entretenimento de cabine localizado em áreas de difícil remoção de calor (por exemplo, dentro e embaixo dos assentos dos passageiros).
[0006] O documento de Patente no U.S. 7.967.249 (cujo conteúdo inteiro é expressamente incorporado ao presente documento a título de referência) propõe um sistema de refrigeração com tubos de calor, tubos de calor em ciclo, uma unidade de armazenamento frio e um trocador de calor de fuselagem. O sistema que é proposto por tal patente, no entanto, tem como diversas desvantagens incluir o uso de ar como os meios de transferência de calor entre o equipamento e o sistema de resfriamento, o uso de um ventilador no compartimento de equipamento eletrônico e uma unidade de armazenamento frio (que adiciona necessariamente peso indesejável ao sistema).
[0007] O que foram necessários, portanto, são sistemas de resfriamento de alta capacidade com peso leve que são especialmente adaptados para uso a bordo em aeronave. É com o objetivo de atender tal necessidade que as modalidades no presente documento são direcionadas.
SUMÁRIO [0008] Em geral, as modalidades reveladas no presente documento são direcionadas a sistemas de resfriamento passivo a bordo de aeronave (isto é, sistemas de resfriamento que não forçam um vapor e/ou líquido de fluido de trabalho através do sistema por meio de ventiladores e/ou bombas) que incluem tubos de calor e tecnologia de termossifão que são aplicados em fontes de calor localizados dentro e fora da aeronave. A esse
4/18 respeito, o termo fonte de calor se refere a quaisquer dispositivos que podem gerar calor e exige resfriamento, tais como equipamento eletrônico e elétrico, fontes de potência, sistemas de radar, condensadores, ventoinhas, galés e similares.
[0009] O sistema de resfriamento de acordo com determinadas modalidades descritas no presente documento é posicionado de forma intermediária entre uma ou mais fontes de calor e dois dissipadores de calor, ou seja, ar externo de cabine de aeronave e ar interno de cabine de aeronave (por exemplo, o ar dentro do ambiente de cabine pressurizado tal como ar de cabine interno, ar de cabine de piloto, ar direcionado às válvulas de escape, ar fresco do sistema de controle ambiental, e similares).
[0010] De acordo com algumas modalidades, o sistema de resfriamento recebe calor de uma ou mais fontes de calor em um receptor (isto é, o sistema de refrigeração evaporador). O evaporador pode incluir uma interface mecânica aos elementos de encaixe mecânicos externos, resultando em uma interface térmica denominada como barramento frio para transferir calor da(s) fonte de calor(s) ao evaporador do sistema de refrigeração.
[0011] O calor recebido pelo evaporador causa a evaporação de um fluido de trabalho tal como água, acetona, etanol, metanol, R22, R12, R134a e como agentes refrigerantes, e é transportado aos condensadores do sistema de refrigeração por uma diferença no peso especifico. O fluido de trabalho se condensa nos condensadores que são responsáveis por transferir calor aos dissipadores de calor. Esses condensadores podem ser
5/18 dispostos em série ou em paralelo conforme será descrito em mais detalhes abaixo. Em uma modalidade na qual os condensadores são dispostos em paralelo, há dutos distintos que conduzem vapor do evaporador a cada condensador. 0 retorno do fluido condensado dos condensadores ao evaporador ocorre através de dutos separados formando assim ciclos.
[0012] Em uma modalidade na qual os condensadores são dispostos em série, o vapor de fluido de trabalho é transportado ao condensador mais próximo por dutos que ligam diretamente o evaporador do condensador mais próximo. 0 transporte de vapor a um segundo condensador ocorre por dutos distintos que ligam o condensador mais próximo ao segundo condensador. O retorno do fluido condensado dos condensadores ao evaporador pode ocorrer através dos dutos que conectam o evaporador ao condensador mais próximo ou aiternativamente através de dutos dedicados que conduzem somente fluido condensado diretamente ao evaporador.
[0013] 0 desempenho de cada condensador para transferir calor ao ar externo ou o ar dentro de um ambiente pressurizado depende de perdas de duto locais. O controle da queda de pressão pode ser realizado pelo uso de válvulas (por exemplo, válvulas solenoides, placas de orifício e similares) posicionadas nas linhas de retorno do fluido condensado ou nas linhas de transporte de vapor.
[0014] Os sistemas de resfriamento passivo a bordo de aeronave de acordo com modalidades reveladas no presente documento compreenderão, portanto, preferencialmente um evaporador/receptor em relação de
6/18 troca de calor com pelo menos uma fonte de calor à bordo da aeronave, sendo que o evaporador/receptor contém um fluido de trabalho de fase líquida que muda o estado a um fluido de trabalho de fase de vapor em resposta à transferência de calor do mesmo a partir da pelo menos uma fonte de calor. 0 primeiro e o segundo condensadores são conectados de modo fluido ao evaporador/receptor para receber fluido de trabalho de fase de vapor do evaporador/receptor. Uma corrente de suprimento de ar pressurizado interno de aeronave é fornecida em relação de troca de calor com o segundo condensador, e uma corrente de suprimento de ar não pressurizado externa de aeronave é fornecida em relação de troca de calor com o primeiro condensador. Pelo menos uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor transferida para o primeiro e o segundo condensadores é desse modo condensado por transferência de calor entre o primeiro e o segundo condensadores e as correntes de suprimento de ar não pressurizado e pressurizado, respectivamente, para formar assim fluido de trabalho de fase líquida que retorna ao evaporador/receptor em virtude da conexão fluida com o primeiro e o segundo condensadores.
[0015] O primeiro e o segundo condensadores podem ser conectados de modo fluido um ao outro em paralelo ou em série.
[0016] Se o primeiro e o segundo condensadores forem conectados em paralelo, então o sistema pode ser dotado de primeiro e segundo condutos de suprimento de vapor e primeiro e segundo condutos de retorno de líquido. O primeiro conduto de suprimento de vapor e o primeiro conduto de retorno de líquido são conectados de modo fluido
7/18 entre o evaporador/receptor e o primeiro condensador para estabelecer assim uma primeira trajetória de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos. 0 segundo conduto de suprimento de vapor e o segundo conduto de retorno de liquido são conectados de modo fluido entre o evaporador/receptor e o segundo condensador para estabelecer uma segunda trajetória de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos. Pelo menos um ou cada uma dentre a primeira e segunda trajetórias de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico pode incluir um mecanismo de válvula.
[0017] Se o primeiro e o segundo condensadores forem conectados de modo fluido um ao outro em série, então o sistema pode ser dotado de um primeiro coletor posicionado entre o primeiro e o segundo condensadores para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase liquida condensado pelo segundo condensador e que tem um espaço de vapor acima do mesmo que contém uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor. Pelo menos um primeiro conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido pode ser fornecido que tem uma extremidade conectada de modo fluido ao evaporador/receptor e uma extremidade oposta que termina no espaço de vapor do primeiro coletor. Pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido pode ser conectado de modo fluido ao primeiro coletor e em relação de troca de calor com o segundo condensador. Um conduto de retorno de liquido que conecta de modo fluido o primeiro coletor e o evaporador/receptor retorna fluido de trabalho de fase liquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor. Um mecanismo de válvula pode ser
8/18 posicionado no conduto de retorno de liquido.
[0018] Outra modalidade do primeiro e do segundo condensadores conectados em série incluirá um primeiro coletor posicionado entre o primeiro e o segundo condensadores, o primeiro coletor para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase liquida condensado pelo segundo condensador e que tem um espaço de vapor acima do mesmo que contém uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor, e um segundo coletor posicionado entre o evaporador/receptor e o primeiro condensador, o segundo coletor para coletar outra porção do fluido de trabalho de fase liquida condensado pelo primeiro condensador e que tem um espaço de vapor acima do mesmo que contém outra porção do fluido de trabalho de fase de vapor. Pelo menos um primeiro conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido é fornecido que tem uma extremidade conectada de modo fluido ao evaporador/receptor e uma extremidade oposta que termina no espaço de vapor do segundo coletor. Pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido em relação de troca de calor com o primeiro condensador terá uma extremidade conectada de modo fluido ao segundo coletor e uma extremidade oposta que termina no espaço de vapor do primeiro coletor. Pelo menos um terceiro conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido é conectado de modo fluido ao primeiro coletor e em relação de troca de calor com o segundo condensador. Um primeiro conduto de retorno de liquido que conecta de modo fluido o primeiro coletor e o evaporador/receptor retorna fluido de trabalho de fase liquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor, e um segundo conduto de retorno de
9/18 líquido que conecta de modo fluido o segundo coletor e o evaporador/receptor retorna fluido de trabalho de fase líquida do segundo coletor ao evaporador/receptor. Pelo menos um ou cada um dentre o primeiro e segundo condutos de retorno de líquido pode incluir um mecanismo de válvula.
[0019] A invenção também se refere a métodos para resfriamento a bordo de pelo menos uma fonte de calor de aeronave. De acordo com determinadas modalidades dos mesmos, o método pode compreender:
[0020] (a) fornecer um evaporador/receptor em relação de troca de calor com pelo menos uma fonte de calor a bordo da aeronave, sendo que o evaporador/receptor contém um fluido de trabalho de fase líquida que muda o estado a um fluido de trabalho de fase de vapor em resposta a transferência de calor do mesmo a partir da pelo menos uma fonte de calor;
[0021] (b) conectar de modo fluido o primeiro e o segundo condensadores ao evaporador/receptor para receber fluido de trabalho de fase de vapor do evaporador/receptor;
[0022] (c)colocar uma corrente de suprimento de ar pressurizado interno de aeronave em relação de troca de calor com o segundo condensador;
[0023] (d) colocar uma corrente de suprimento de ar não pressurizado externa de aeronave em relação de troca de calor com o primeiro condensador;
[0024] (e) condensar respectivas porções do fluido de trabalho de fase de vapor por transferência de calor entre o primeiro e o segundo condensadores e as correntes de suprimento de ar não pressurizado e
10/18 pressurizado, respectivamente, para formar assim fluido de trabalho de fase líquida; e [0025] (f) retornar o fluido de trabalho de fase líquida condensado pelo primeiro e pelo segundo condensadores ao evaporador/receptor em virtude da conexão fluida com o primeiro e o segundo condensadores.
[0026] Etapa (b) pode compreender conectar de forma fluida o primeiro e o segundo condensadores em paralelo ou em série.
[0027] Se conectados em paralelo, a etapa (b) de determinadas modalidades pode incluir:
[0028] (bl) conectar de modo fluido o evaporador/receptor e o primeiro condensador com um primeiro conduto de suprimento de vapor e um primeiro conduto de retorno de líquido para estabelecer uma primeira trajetória de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos; e [0029] (b2) conectar de modo fluido o evaporador/receptor e o segundo condensador com um segundo conduto de suprimento de vapor e um segundo conduto de retorno de líquido para estabelecer uma segunda trajetória de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos.
[0030] Fluxo de fluido em pelo menos uma ou cada uma dentre a primeira e a segunda trajetórias de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado pode ser controlado por um mecanismo de válvula.
[0031] Se conectados em série, então etapa (b) de acordo com algumas modalidades pode incluir:
[0032] (bl) posicionar um primeiro coletor
11/18 entre o primeiro e o segundo condensadores para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase liquida condensado pelo segundo condensador;
[0033] (b2) conectar de modo fluido uma extremidade de pelo menos um primeiro conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido ao evaporador/receptor e terminar uma extremidade oposta do mesmo em um espaço de vapor do primeiro coletor;
[0034] (b3) conectar de modo fluido pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido ao primeiro coletor em relação de troca de calor com o segundo condensador; e [0035] (b4) conectar de modo fluido um conduto de retorno de líquido entre o primeiro coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de fase líquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor.
[0036] Um mecanismo de válvula pode ser posicionado no conduto de retorno de líquido.
[0037] Se conectado em série, então etapa (b) de acordo com outras modalidades pode incluir:
[0038] (bl) posicionar um primeiro coletor entre o primeiro e o segundo condensadores para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase líquida condensado pelo segundo condensador;
[0039] (b2) posicionar um segundo coletor entre o evaporador/receptor e o primeiro condensador para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase líquida condensado pelo primeiro condensador;
[0040] (b3) conectar de modo fluido uma extremidade de pelo menos um primeiro conduto de suprimento
12/18 de vapor/retorno de líquido ao evaporador/receptor e terminar uma extremidade oposta do mesmo em um espaço de vapor do segundo coletor;
[0041] (k>4) posicionar pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido em relação de troca de calor com o primeiro condensador e conectar de modo fluido uma extremidade do mesmo ao segundo coletor e terminar uma extremidade oposta do mesmo em um espaço de vapor do primeiro coletor;
[0042] (b5) conectar de modo fluido pelo menos um terceiro conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido ao primeiro coletor e em relação de troca de calor com o segundo condensador [0043] (b6) posicionar pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido em relação de troca de calor com o segundo condensador e terminar uma extremidade do mesmo em um espaço de vapor do primeiro coletor; e [0044] (b7) conectar de modo fluido um primeiro conduto de retorno de líquido entre o primeiro coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de fase líquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor; e [0045] (b8) conectar de modo fluido um segundo conduto de retorno de líquido entre o segundo coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de fase líquida do segundo coletor ao evaporador/receptor.
[0046] Esses e outros aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes depois que consideração cuidadosa é dada à descrição detalhada a
13/18 seguir das modalidades exemplíficativas preferenciais dos mesmos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS ANEXOS [0047] As modalidades reveladas da presente invenção serão melhor e mais completamente entendidas em referência à descrição detalhada a seguir de modalidades ilustrativas não limitadoras exemplíficativas em conjunto com os desenhos no quais:
[0048] A Figura 1 é diagrama esquemático de uma modalidade da presente invenção para um sistema de resfriamento de aeronave a bordo que inclui condensadores dispostos em paralelo;
[0049] A Figura 2 é diagrama esquemático de outra modalidade da presente invenção para um sistema de resfriamento de aeronave a bordo que inclui condensadores dispostos em série;
[0050] A Figura 3 é um diagrama esquemático de ainda outra modalidade da presente invenção para um sistema de resfriamento de aeronave a bordo similar à modalidade mostrada na Figura 2, mas que inclui um coletor associado a cada condensador.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0051] A Figura 1 anexa retrata esquematicamente uma modalidade de um sistema de resfriamento passivo a bordo de aeronave 10 de acordo com a invenção. Conforme mostrado, o sistema 10 inclui um evaporador/receptor 12 que contém um fluido de trabalho em um estado líquido (identificado como WFL) . 0 WFL de fluido de trabalho líquido está em relação de troca de calor com fontes de calor (por exemplo, dutos identificados como 14a,
14/18
14b e 14c que podem, por sua vez, ser dispostos em relação de troca de calor com equipamento e/ou sistemas a bordo que exigem resfriamento). 0 calor transferido ao WFL de fluido de trabalho liquido e absorvido pelo mesmo pelas fontes de calor 14A a 14c farão assim com que o WFL de fluido de trabalho liquido mude o estado por vaporizaçâo e forme um WFV de fluido de trabalho de vapor.
[0052] O evaporador/receptor 12 é conectado de modo fluido em paralelo aos respectivos condensadores 16-1, 16-2 por meio de condutos de suprimento de vapor 18a-l, 18a-2, respectivamente. Os condensadores 16-1, 16-2 recebem respectivamente o WFV de fluido de trabalho de vapor conduzido pelos condutos 18a-l, 181-2 e expõem tal WFV de fluido de trabalho de vapor ao ar interno de cabine pressurizado (identificado pela seta AP na Figura 1) e ar externo de cabine não pressurizado (identificado pela seta AU na Figura 1). 0 AP de ar interno de cabine pressurizado pode ser fornecido por virtualmente qualquer fonte de ar dentro do ambiente de cabine pressurizado da aeronave (por exemplo, ar de cabine interno, ar de cabine de piloto, ar direcionado às válvulas de escape, ar fresco do sistema de controle ambiental, e similares). 0 AU de ar externo de cabine não pressurizado pode ser fornecido por meio de dutos de entrada de ar convencional externos da fuselagem de aeronave e dutos de conexão associados (não mostrado) que direciona o AU de ar externo de cabine não pressurizado ao condensador 16-2. Em outra modalidade, o condensador 162 pode ser integrado de forma construtiva com a estrutura de fuselagem de aeronave, em cujo caso nenhum duto de entrada de ar externo é necessário visto que a fuselagem é
15/18 exposta ao AU de ar não pressurizado externo.
[0053] O WFV de fluido de trabalho de vapor é transportado às bobinas de condensador (não mostrado) associadas aos condensadores 16-1, 16-2 em relação de troca de calor com o AP de ar interno de cabine pressurizado e AU de ar externo de cabine não pressurizado. Calor é, portanto, transferido do WFV de fluido de trabalho de vapor ao AP de ar interno de cabine pressurizado e AU de ar externo de cabine não pressurizado que acionam os dissipadores de calor. Essa transferência de calor ao AP de ar interno de cabine pressurizado e AU de ar externo de cabine não pressurizado causa uma mudança de estado para WFL de fluido de trabalho liquido dentro das bobinas de condensador dos condensadores 16-1, 16-2. O WFL de fluido de trabalho liquido formado pela mudança de estado dentro dos condensadores 16-1, 16-2 é conduzida de volta ao evaporador/receptor 12 por condutos de retorno de liquido 18b-l, 18b-2, respectivamente.
[0054] Conforme aqueles versados na técnica verificarão, o fluxo de fluido de ciclo fechado bifásico unidirecional do evaporador/receptor 12 aos condensadores 16-1, 16-2 e então, dos condensadores 16-1, 16-2 de volta ao evaporador/receptor 12 é direcionado pelas diferenças de pressão entre o WFV de fluido de trabalho de fase de vapor de maior pressão e o WFL de fluido de trabalho de fase liquida de menor pressão. A taxa de fluxo de fluido através dos ciclos fechados bifásicos pode ser controlada por quaisquer mecanismos de válvula adequados posicionados no ciclo, por exemplo, válvulas ativas tais como válvulas solenoides conectadas a um sensor de taxa de fluxo adequado
16/18 e/ou válvulas estáticas tais como uma placa de orifício através dos quais o fluido flui. A título de exemplo, a modalidade do sistema 10 retratada na Figura 1 é dotada de mecanismos de válvula VI, V2 posicionada nos condutos de suprimento de vapor 18a-l, 18a-2, respectivamente. Tais mecanismos de válvula VI, V2 poderíam ser, de forma equivalente, posicionados em disposição operativa com os condutos de retorno de líquido 18b-l, 18b-2, respectivamente.
[0055] Conforme pode ser entendido, os condensadores 16-1, 16-2 retratados na Figura 1 são dispostos em paralelo, isto é, visto que cada condensador é associado a uma respectiva disposição de fluxo de ciclo fechado bifásico. Na modalidade retratada na Figura 2, no entanto, os condensadores 16-1, 16-2 podem ser dispostos em série. Conforme é observado na Figura 2, o sistema 20, como o sistema 10 descrito acima inclui evaporador/receptor 12 em relação de troca de calor com fontes de calor 14a-14c. Uma pluralidade de condutos de suprimento de vapor/retorno de líquido 20a-20d são conectados de modo fluido ao evaporador/receptor 12 e são posicionados em relação de troca de calor com o condensador 16-2. Os condutos 20a-20d terminam dentro do espaço de vapor de um coletor 22 (isto é, o espaço dentro de coletor 22 ocupado por WFV de fluido de trabalho de fase de vapor). Uma pluralidade de condutos de suprimento de vapor/retorno de líquido 22a-22d é conectada de modo fluido ao coletor 22 e se estende em relação de troca de calor com o condensador 16-1.
[0056] A transferência de calor das fontes de calor 14a-14c ao WFL de fluido de trabalho de fase líquida
17/18 dissipará, desse modo, o calor de tais fontes de calor 14a14c e causarão uma mudança de estado para WFV de fluido de trabalho de fase de vapor. 0 WFV de fluido de trabalho de fase de vapor é direcionado desse modo por condutos 20a-20d ao condensador 16-2 que farão com que uma parte da WFV de fluido de trabalho de fase de vapor sofra uma mudança de estado a um liquido, isto é, em virtude da relação de troca de calor entre o condensador 16-2 e o AU de ar não pressurizado externo de cabine. Essa porção do fluido de trabalho de estado mudado retorna desse modo ao evaporador/receptor 12 como o WFL de fluido de trabalho de fase liquida em fluxo de contracorrente com o WFV de fluido de trabalho de fase de vapor.
[0057] A porção do WFV de fluido de trabalho de fase de vapor que não é condensada pelo condensador 16-2 é direcionada ao coletor 22 e o condensador 16-1 por meio dos condutos 22a-22d. O condensador 16-1 condensa assim o WFV de fluido de trabalho de fase de vapor em virtude da relação de troca de calor entre o condensador 16-1 e o AP de ar pressurizado interno de cabine. O fluido de trabalho de estado mudado que é condensado pelo condensador 16-1 retorna desse modo como WFL de fluido de trabalho de fase liquida ao coletor 22. O WFL de fluido de trabalho de fase liquida que coleta no coletor 22 retorna ao evaporador/receptor 12 pelo conduto de retorno de liquido
24. Um mecanismo de válvula V3 pode ser posicionado no conduto de retorno 24 para controlar fluxo de fluido dentro da trajetória de fluxo de ciclo fechado bifásica do sistema 20.
[0058]
A modalidade do sistema 30 mostrada
18/18 esquematicamente pela Figura 3 é similar à modalidade mostrada esquematicamente pela Figura 2, exceto que os condutos 20a-20c terminam no espaço de vapor de um coletor 28 (isto é, no espaço dentro do coletor 28 ocupado pelo WFV de fluido de trabalho de fase de vapor. Uma pluralidade de condutos 26a-26d são conectados de modo fluido com o coletor 28 e se estendem em relação de troca de calor com o condensador 16-2 que termina no espaço de vapor do coletor 22 (isto é, o espaço dentro do coletor 22 ocupados por WFV de fluido de trabalho de fase de vapor) . Desse modo, essa porção do fluido de trabalho que é condensada pelo condensador 16-2 é retornada como WFL de fluido de trabalho de fase líquida por meio de condutos 26a-26d e coletada no coletor 28. WFL de fluido de trabalho de fase líquida coletada no coletor 28 é retornada ao evaporador/receptor 12 por um conduto de retorno de líquido 30 No qual um mecanismo de válvula V4 pode ser posicionado para auxiliar no controle de fluxo de fluido.
[0059] Será entendido que a descrição fornecida no presente documento é presentemente considerada como as modalidades mais práticas e preferenciais da invenção. Desse modo, a invenção não deve ser limitada às modalidades reveladas, mas, pelo contrário, é destinada a cobrir várias modificações e disposições equivalentes incluídas dentro do espírito e escopo do mesmo.
1/9

Claims (20)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de resfriamento passivo a bordo de aeronave caracterizado por compreender:
    um evaporador/receptor em relação de troca de calor com pelo menos uma fonte de calor a bordo da aeronave, sendo que o evaporador/receptor contém um fluido de trabalho de fase líquida que muda o estado para um fluido de trabalho de fase de vapor em resposta à transferência de calor do mesmo a partir da pelo menos uma fonte de calor;
    um primeiro e um segundo condensadores conectados de modo fluido ao evaporador/receptor para receber o fluido de trabalho de fase de vapor do evaporador/receptor;
    uma corrente de suprimento de ar pressurizado interno de aeronave em relação de troca de calor com o segundo condensador; e uma corrente de suprimento de ar não pressurizado externo de aeronave em relação de troca de calor com o primeiro condensador, em que pelo menos uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor transferida para o primeiro e o segundo condensadores é condensada por transferência de calor entre o primeiro e o segundo condensadores e as correntes de suprimento de ar não pressurizado e pressurizado, respectivamente, para formar assim o fluido de trabalho de fase líquida que retorna ao evaporador/receptor em virtude da conexão fluida com o primeiro e o segundo condensadores.
  2. 2. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo condensadores são conectados de
    2/9 modo fluido um ao outro em paralelo.
  3. 3. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
    um primeiro e um segundo condutos de suprimento de vapor e um primeiro e um segundo condutos de retorno de líquido, em que o primeiro conduto de suprimento de vapor e o primeiro conduto de retorno de líquido são conectados de
    modo fluido entre o evaporador/receptor e o primeiro condensador para estabelecer uma primeira trajetória de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos; e em que o segundo conduto de suprimento de vapor e o segundo conduto de retorno de líquido são conectados de modo fluido entre o evaporador/receptor e o segundo condensador para estabelecer uma segunda trajetória de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos.
  4. 4. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a primeira e a segunda trajetórias de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico inclui um mecanismo de válvula.
  5. 5. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada uma dentre a primeira e segunda trajetórias de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico inclui um mecanismo de válvula.
  6. 6. Sistema de resfriamento de aeronave, de
    3/9 acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo condensadores são conectados de modo fluido um ao outro em série.
  7. 7. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
    um primeiro coletor posicionado entre o primeiro e o segundo condensadores, sendo que o primeiro coletor é para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase líquida condensada pelo segundo condensador e tem um espaço de vapor acima do mesmo que contém uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor;
    pelo menos um primeiro conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido que tem uma extremidade conectada de modo fluido ao evaporador/receptor e uma extremidade oposta que termina no espaço de vapor do primeiro coletor;
    pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido conectado de modo fluido ao
    primeiro coletor e em relação de troca de calor com o segundo condensador; e um conduto de retorno de líquido que conecta de modo fluido o primeiro coletor e o evaporador/receptor para
    retornar o fluido de trabalho de fase líquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor.
  8. 8. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um mecanismo de válvula posicionado no conduto de retorno de líquido.
  9. 9. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que
    4/3 compreende adicionalmente:
    um primeiro coletor posicionado entre o primeiro e o segundo condensadores, sendo que o primeiro coletor é para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase liquida condensada pelo segundo condensador e tem um espaço de vapor acima do mesmo que contém uma porção do fluido de trabalho de fase de vapor;
    um segundo coletor posicionado entre o evaporador/receptor e o primeiro condensador, sendo que o segundo coletor é para coletar outra porção do fluido de trabalho de fase liquida condensada pelo primeiro condensador e tem um espaço de vapor acima do mesmo que contém outra porção do fluido de trabalho de fase de vapor;
    pelo menos um primeiro conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido que tem uma extremidade conectada de modo fluido ao evaporador/receptor e uma extremidade oposta que termina no espaço de vapor do segundo coletor;
    pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido em relação de troca de calor com o primeiro condensador e que tem uma extremidade conectada de modo fluido ao segundo coletor e uma extremidade oposta que termina no espaço de vapor do primeiro coletor; e pelo menos um terceiro conduto de suprimento de vapor/retorno de liquido conectado de modo fluido ao primeiro coletor e em relação de troca de calor com o segundo condensador;
    um primeiro conduto de retorno de liquido que conecta de modo fluido o primeiro coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de fase liquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor; e
    5/9
    um segundo conduto de retorno de líquido que conecta de modo fluido o segundo coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de
    fase líquida do segundo coletor ao evaporador/receptor.
  10. 10. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o primeiro e o segundo condutos de retorno de líquido inclui um mecanismo de válvula.
  11. 11. Sistema de resfriamento de aeronave, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o primeiro e segundo condutos de retorno de líquido inclui um mecanismo de válvula.
  12. 12. Aeronave caracterizada por compreender o sistema de resfriamento de aeronave, conforme definido na reivindicação 1.
  13. 13. Método para resfriamento a bordo de pelo menos uma fonte de calor de aeronave caracterizado pelo fato de que compreende:
    (a) fornecer um evaporador/receptor em relação de troca de calor com pelo menos uma fonte de calor a bordo da aeronave, sendo que o evaporador/receptor contém um fluido de trabalho de fase líquida que muda o estado para um fluido de trabalho de fase de vapor em resposta à transferência de calor do mesmo a partir da pelo menos uma fonte de calor;
    (b) conectar de modo fluido o primeiro e o segundo condensadores ao evaporador/receptor para receber o fluido de trabalho de fase de vapor do evaporador/receptor;
    (c) colocar uma corrente de suprimento de ar pressurizado interno de aeronave em relação de troca de ç>/$ calor com o segundo condensador;
    (d) colocar uma corrente de suprimento de ar não pressurizado externo de aeronave em relação de troca de calor com o primeiro condensador;
    (e) condensar as respectivas porções do fluido de trabalho de fase de vapor por transferência de calor entre o primeiro e o segundo condensadores e as correntes de suprimento de ar não pressurizado e pressurizado, respectivamente, para formar assim o fluido de trabalho de fase líquida; e (f) retornar o fluido de trabalho de fase líquida condensado pelo primeiro e pelo segundo condensadores ao evaporador/receptor em virtude da conexão fluida com o primeiro e o segundo condensadores.
  14. 14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) compreende conectar de modo fluido o primeiro e o segundo condensadores em paralelo.
  15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende:
    (bl) conectar de modo fluido o evaporador/receptor e o primeiro condensador a um primeiro conduto de suprimento de vapor e um primeiro conduto de retorno de líquido para estabelecer uma primeira trajetória de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos; e (b2) conectar de modo fluido o evaporador/receptor e o segundo condensador a um segundo conduto de suprimento de vapor e um segundo conduto de retorno de líquido para estabelecer uma segunda trajetória
    Ί/3 de fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado bifásico entre os mesmos.
  16. 16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente
    controlar primeira o fluxo de e a segunda fluido em pelo trajetórias de menos uma dentre a fluxo de fluido de trabalho de ciclo fechado através de um mecanismo de válvula. 17. Método, de acordo com a reivindicação 13,
    caracterizado pelo fato de que a etapa (b) compreende:
    (bl) posicionar um primeiro coletor entre o primeiro e o segundo condensadores para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase líquida condensada pelo segundo condensador;
    (b2) conectar de modo fluido uma extremidade de pelo menos um primeiro conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido ao evaporador/receptor e terminar uma extremidade oposta do mesmo em um espaço de vapor do primeiro coletor;
    (b3) conectar de modo fluido pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido ao primeiro coletor em relação de troca de calor com o segundo condensador; e (b4) conectar de modo fluido um conduto de retorno de líquido entre o primeiro coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de fase líquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor.
  17. 18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente posicionar um mecanismo de válvula no conduto de retorno de
    8/9 líquido .
  18. 19. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) compreende:
    (bl) posicionar um primeiro coletor entre o primeiro e o segundo condensadores para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase líquida condensada pelo segundo condensador;
    (b2) posicionar um segundo coletor entre o evaporador/receptor e o primeiro condensador para coletar uma porção do fluido de trabalho de fase líquida condensada pelo primeiro condensador;
    (b3) conectar de modo fluido uma extremidade de pelo menos um primeiro conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido ao evaporador/receptor e terminar uma extremidade oposta do mesmo em um espaço de vapor do segundo coletor;
    (b4) posicionar pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido em relação de troca de calor com o primeiro condensador e conectar de modo fluido uma extremidade do mesmo ao segundo coletor e terminar uma extremidade oposta do mesmo em um espaço de vapor do primeiro coletor;
    (b5) conectar de modo fluido pelo menos um terceiro conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido conectado de modo fluido ao primeiro coletor e em relação de troca de calor com o segundo condensador;
    (b6) posicionar pelo menos um segundo conduto de suprimento de vapor/retorno de líquido em relação de troca de calor com o segundo condensador e terminar uma extremidade do mesmo em um espaço de vapor do primeiro
    9/9 coletor;
    (b7) conectar de modo fluido um primeiro conduto de retorno de líquido entre o primeiro coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de fase líquida do primeiro coletor ao evaporador/receptor; e (b8) conectar de modo fluido um segundo conduto de retorno de líquido entre o segundo coletor e o evaporador/receptor para retornar o fluido de trabalho de fase líquida do segundo coletor ao evaporador/receptor.
  19. 20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende dotar de um mecanismo de válvula pelo menos um dentre o primeiro e o segundo condutos de retorno de líquido.
  20. 21. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende dotar de um mecanismo de válvula cada um dentre o primeiro e segundo condutos de retorno de líquido.
    1/3
    FIGURE 1
    2/3
    FIGURE 2
    3/3
    FIGURE 3
    1/1
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