BR102016004706B1

BR102016004706B1 - Sistema de substituição para substituição de um meio de sangria que flui para um sistema de inertização de uma aeronave

Info

Publication number: BR102016004706B1
Application number: BR102016004706-4A
Authority: BR
Inventors: Louis J. Bruno; Thomas M. Zywiak; Erin G. Kline; Christina W. Millot; Harold W. Hipsky; Donald E. Army, Jr.; Paul M. D'orlando
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corporation
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2023-02-23
Also published as: CN105936338A; CA2922424C; US9994323B2; CN105936338B; EP3064434B1; BR102016004706A2; EP3064434A1; US20160257410A1; CA2922424A1

Abstract

?SISTEMA DE SUBSTITUIÇÃO PARA SUBSTITUIÇÃO DE UM MEIO DE SANGRIA QUE FLUI PARA UM SISTEMA DE INERTIZAÇÃO Um sistema de substituição, que inclui uma pluralidade de trocadores de calor e um dispositivo de compressão, está configurado para preparar em paralelo um meio de sangria a partir de um local de baixa pressão de um motor e que flui através de uma pluralidade de trocadores de calor para dentro de uma câmara. O dispositivo de compressão está em comunicação com uma pluralidade de trocadores de calor e regula uma pressão do meio que flui através da pluralidade de trocadores de calor. O sistema de substituição emprega um subsistema para tratar o meio a partir do local de baixa pressão do motor antes de ser recebido pelo sistema de inertização.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[001] Em geral, no que diz respeito aos presentes sistemas de ar condicionado da aeronave, a pressurização e o arrefecimento da cabine são alimentados por pressões de sangria do motor em cruzeiro. Por exemplo, o ar pressurizado a partir de um motor do avião é fornecido a uma cabine por meio de uma série de sistemas que alteram as temperaturas e pressões do ar pressurizado. Para alimentar esta preparação do ar pressurizado, a única fonte de energia é a pressão do ar em si. Como um resultado, os presentes sistemas de ar condicionado sempre requereram relativamente elevadas pressões em cruzeiro. Infelizmente, em vista de uma tendência global na indústria aeroespacial no sentido de aeronaves mais eficientes, as pressões relativamente altas fornecem eficiência limitada no que diz respeito ao consumo de combustível pelo motor.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[002] De acordo com uma modalidade, um sistema de substituição para substituição de um meio de sangria que flui para um sistema de inertização é fornecido. O sistema de substituição, compreendendo um eixo; um compressor configurado para comprimir um meio de câmara; uma turbina configurada para acionar o compressor através do eixo; e um trocador de calor configurado para reduzir a temperatura do meio de câmara, em que um meio tratado é produzido a partir do meio de câmara pela compressão do meio de câmara, através do compressor e o arrefecimento do meio de câmara, através do trocador de calor, em que o meio tratado substitui o meio de sangria que flui a partir do sistema para um sistema de inertização.

[003] De acordo com outra modalidade, um sistema de substituição que compreende um eixo, um compressor, uma turbina, e um trocador de calor é fornecido. O sistema de substituição está configurado para condicionar o ar de uma câmara pela compressão do ar através do compressor e o arrefecimento do ar através do trocador de calor para a produção de ar condicionado; e fornecer o ar condicionado em vez de ar de sangria que flui de um sistema de controle ambiental para um sistema de inertização.

[004] As características e as vantagens adicionais são realizadas com as técnicas da presente invenção. Outras modalidades e aspectos da invenção são descritos em detalhe aqui e considerados uma parte da invenção reivindicada. Para uma compreensão melhor da invenção com as vantagens e as características, consulte à descrição e aos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[005] O assunto que está em questão como a invenção é particularmente salientado e distintamente reivindicado nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. Outros e demais recursos e vantagens da invenção são evidentes a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conjunto com as figuras anexas nas quais: A FIG. 1 é um diagrama de um esquema de um sistema de substituição em comunicação com um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade; A FIG. 2 é exemplo de operação de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade; A FIG. 3 é um exemplo de um fluxo de processo de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade; A FIG. 4 é outro exemplo de operação de um sistema de substituição de acordo com uma modalidade; A FIG. 5 é outro exemplo de operação de um sistema de substituição de acordo com uma modalidade; e A FIG. 6 é outro exemplo de operação de um sistema de substituição de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[006] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método divulgado estão apresentados neste documento a título de exemplificação e não limitação com referência às Figuras.

[007] Como indicadas acima, as pressões relativamente altas fornecem eficiência limitada no que diz respeito ao consumo de combustível pelo motor. Assim, o que é necessário é um sistema de controle ambiental que fornece um meio em paralelo ao longo de uma pluralidade de trocadores de calor para, assim, proporcionar a pressurização da cabine e o arrefecimento em um motor de alta eficiência de queima de combustível.

[008] Em geral, as modalidades da presente invenção aqui divulgadas podem incluir um sistema de controle ambiental que compreende uma pluralidade de trocadores de calor e um meio que flui através da pluralidade de trocadores de calor, em que o meio é sangrado a partir de um local de baixa pressão de um motor através da pluralidade de trocadores de calor em paralelo a uma câmara. O local de baixa pressão do motor fornece o meio a um nível de pressão inicial perto de uma pressão do meio, uma vez que entre na câmara (por exemplo, pressão da câmara). Em contraste, os sistemas convencionais utilizam um nível de pressão inicial que é muito maior do que a câmara de pressão. Por exemplo, se uma câmara de pressão desejada é de 5 psia (34,47 kPa absoluta), sistemas convencionais vão sangrar o ar a partir de uma localização de pressão mais alta do motor que fornece um nível de pressão inicial a três vezes a pressão na câmara (por exemplo, 15 psia (103,4 kPa absoluta)). Além disso, a pressão do meio no local de baixa pressão pode ser ligeiramente acima ou ligeiramente abaixo da pressão na câmara (por exemplo, qualquer valor ao longo do intervalo de 4 a 7 psia (27,58 a 48,26 kPa absoluta) quando a pressão da câmara é de 5 psia (34,47 kPa absoluta)).

[009] Sangrar o meio a uma pressão tão baixa a partir do local de baixa pressão faz com que menos combustível seja consumido do que sangrar o ar a partir de um local de pressão mais elevada. No entanto, já que o meio está começando a este nível de pressão inicial relativamente baixa e já que uma queda na pressão ocorre através da pluralidade de trocadores de calor, o meio irá cair abaixo da pressão da câmara enquanto o meio está fluindo através de uma pluralidade de trocadores de calor em série. Quando a pressão do meio é inferior à pressão da câmara, o meio não vai fluir para dentro da câmara para fornecer, por exemplo, a pressurização e o condicionamento da temperatura. Assim, o sistema de controle ambiental divide um fluxo do meio em pedaços, de modo que o meio pode ir em pelo menos dois trocadores de calor em paralelo para reduzir a queda de pressão total do meio através de, pelo menos, os dois trocadores de calor (por exemplo, o arrefecimento paralelo fornece uma queda de pressão mínima). Com a pressão mínima, o sistema de controle ambiental pode conectar-se e sangrar a partir do local de baixa pressão. Note-se que já que uma temperatura do meio sangrado a partir do local de baixa pressão é significativamente mais baixa do que uma temperatura do meio sangrado a partir do local de alta pressão, o sistema de controle ambiental requer menos energia para reduzir o meio enquanto o fluido passa em paralelo ao longo de pelo menos os dois trocadores de calor.

[0010] Além disso, tendo em conta este arrefecimento paralelo pelo sistema de controle ambiental, surge um problema no que diz respeito a um sistema de inertização, que utiliza o meio para operar-se. Um sistema de inertização, de um modo geral, diminui a probabilidade de combustão de materiais inflamáveis armazenados num espaço confinado, tal como no sistema de controle ambiental, através da manutenção de um gás "inerte" ou quimicamente não reativo, tal como o nitrogênio, no espaço confinado. O problema é que, já que o sistema de inertização geralmente baseia-se no meio a partir do local de alta pressão do motor (por exemplo, que pode estar a uma pressão superior a 12 psia (82,74 kPa absoluta), tal como 35 psia (241,32 kPa absoluta), o sistema de inertização receberá um fornecimento deficiente de energia, quando o local de baixa pressão do motor for acessado. Para resolver este problema, um sistema de substituição pode ser utilizado para tratar ou condicionar o meio a partir do local de baixa pressão do motor antes de ser recebido pelo sistema de inertização.

[0011] A FIG. 1 ilustra um sistema de controle ambiental 100, com um meio (por exemplo, ar) que flui a partir de uma entrada 101 para uma câmara 102 e o sistema de inertização através das válvulas 105, 106, 107 um trocador de calor primário 110, um trocador de calor secundário 120, um trocador de calor do ar RAM 125, e um dispositivo de compressão 130.

[0012] Em geral, o sistema de controle ambiental 100 fornece um meio para qualquer ambiente (por exemplo, a câmara 102), proporcionando assim a regulação e/ou monitorização desse ambiente. Numa modalidade, o sistema de controle ambiental 100 é qualquer sistema de controle ambiental de um veículo, tal como uma aeronave, que proporciona abastecimento de ar, controle térmico, e pressurização da cabine para tripulantes e passageiros do avião. Sistemas de controle ambiental podem também incluir arrefecimento de aviônicos, detecção de fumaça, e/ou supressão de fogo. Além disso, no que diz respeito ao exemplo de aeronave, o sistema de controle ambiental 100 fornece ar pressurizado (por exemplo, um meio) para uma cabina de pilotagem da aeronave (por exemplo, a câmara 102), para o conforto e a pressurização. O ar é fornecido ao sistema de controle ambiental 100 na entrada 101 por ser "sangrado" a partir de uma etapa de compressor de um motor de avião e/ou diretamente a partir do ar exterior (por exemplo, através de um sistema de ar RAM). A temperatura e a pressão deste "sangrar o ar" varia amplamente, dependendo de qual etapa de compressor e uma rotação por minuto do motor da aeronave. Para atingir a temperatura desejada, o ar de sangria é arrefecido à medida que é feito passar através dos trocadores de calor 110, 120. Para conseguir a pressão desejada, o ar de sangria é comprimido enquanto é passado através do dispositivo 130. Note-se que a interação do sistema de controle ambiental 100 com os motores das aeronaves influencia o quanto de combustível é consumido pelo motor da aeronave é necessário para realizar as operações, tais como o fornecimento de ar pressurizado, em relação a essa interação.

[0013] Válvulas, como as válvulas 105, 106, 107 são dispositivos que regulam, direcionam e/ou controlam um fluxo de um meio (por exemplo, gases, líquidos, sólidos fluidizados, ou suspensões, tais como ar de sangria) por meio de abrir, fechar, ou obstruir parcialmente as várias passagens dentro dos tubos, dutos, etc., do sistema de controle ambiental 100. As válvulas podem ser operadas por acionadores tais que as taxas de fluxo de qualquer meio em qualquer parte do sistema de controle ambiental 100 pode ser regulado para um valor desejado. Por exemplo, a válvula 105 permite um fluxo do meio a partir da entrada 101 para ser dividido entre o trocador de calor principal 110 e o trocador de calor secundário 120. Além disso, a válvula 106 permite um fluxo do meio a partir do trocador de calor principal 110 para ser enviado para o dispositivo de compressão 130 e/ou câmara 102, e a válvula 107 permite um fluxo do meio ou do trocador de calor de ar RAM 125 ou de um sistema de substituição 140 para ser enviado para o sistema de inertização 103.

[0014] Trocadores de calor (por exemplo, o trocador de calor primário 110, o trocador de calor secundário 120, o trocador de calor de ar RAM 125) são equipamentos construídos para a transferência eficiente de calor de um meio para outro. Exemplos de trocadores de calor incluem tubo duplo, concha e tubos, placas, placa e concha, roda adiabática, palheta de placa, placa de apoio, e trocadores de calor de fluido. Continuando com o exemplo de aeronave acima, ar forçado por um ventilador (por exemplo, através de métodos de empurrar ou puxar) e/ou abalroado durante o voo é soprado através do trocador de calor a um fluxo de ar de refrigeração variável para controlar a temperatura final de ar do ar de sangria.

[0015] O dispositivo de compressão 130 (por exemplo, uma máquina de ciclo de ar, tal como descrito abaixo) é um dispositivo mecânico, que regula uma pressão de um meio (por exemplo, aumentando a pressão de um gás). Exemplos de um compressor centrífugo incluem compressores diagonais ou de fluxo misto, de fluxo axial, alternativo, de pistão líquido iônico, de parafuso rotativo, de palheta rotativa, de rolo, de diafragma, de bolha de ar. Além disso, os compressores são tipicamente acionados por um motor elétrico ou uma turbina a vapor ou a gás.

[0016] Numa operação, o sistema de controle ambiental 100 pode desviar o dispositivo de compressão 130 através da ativação da válvula 106 para dividir o fluxo do meio a partir da entrada 101 para o trocador de calor primário 110 e o trocador de calor secundário 120 (por exemplo, seta A). Ambos os trocadores de calor, por sua vez, arrefecem as respectivas partes do meio. Em seguida, o fluxo do meio que sai para fora do trocador de calor secundário 120 é combinado através da ativação da válvula 106, com o fluxo do meio que sai para fora do trocador de calor primário 110 (por exemplo, seta B). Esta operação pode ser chamada de um modo de arrefecimento do trocador de calor que reduz a pressão do meio perto da pressão da câmara.

[0017] Além disso, a FIG. 1 inclui o sistema de substituição 140, o qual pode estar em comunicação com (como representado) ou incluído num sistema de controle ambiental, configurado para tratar o meio a partir da câmara 102 para produzir um meio tratado e fornecer o meio tratado para o sistema de inertização 103. Isto é, o sistema de substituição 140 pode fornecer o meio tratado para o sistema de inertização 103 em vez de ar de sangria que flui a partir do sistema de controle ambiental 100. Desta forma, o sistema de substituição 140 pode resolver o problema que surge com respeito ao sistema de inertização 103 durante o arrefecimento paralelo pelo sistema de controle ambiental 100, como descrito adicionalmente abaixo.

[0018] O sistema de controle ambiental 100 da FIG. 1 será agora descrito com referência à FIG. 2, em vista de cima do exemplo de aeronaves. A FIG. 2 ilustra um sistema de controle ambiental 200 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 100) que inclui, além dos itens anteriormente descritos da FIG. 1, uma concha 201, as válvulas 207, 208, 209, o dispositivo de compressão 130 (que inclui um compressor 242, uma turbina 245, um ventilador 248, e um eixo 249), e um separador de água de alta pressão 260, cada um dos quais está conectado através de tubos, dutos e semelhantes, de tal modo que o ar de sangria é aceito na entrada 101 (por exemplo, localização de baixa ou de alta pressão de um motor de uma aeronave) e fornecido à câmara 102 (por exemplo, cabine, convés de voo, etc.).

[0019] O sistema de controle ambiental 200 é um exemplo de um sistema de controle ambiental de uma aeronave que fornece alimentação de ar, controle térmico e pressurização da cabine para a tripulação e os passageiros da aeronave. A concha 201 é um exemplo de uma câmara RAM de um sistema RAM, que utiliza a pressão dinâmica do ar criado por uma aeronave em movimento para aumentar uma pressão estática do ar no interior da concha. As válvulas 207, 208, 209 são exemplos de válvulas descritas acima.

[0020] O dispositivo de compressão 130 pode ser uma máquina de ciclo de ar que regula uma pressão de um meio (por exemplo, aumentando a pressão de um ar de sangria). A turbina 245 é um dispositivo mecânico que aciona o compressor 242 e o ventilador 248 através do eixo 249. O compressor 242 é um dispositivo mecânico que comprime o ar de sangria recebido a partir de um primeiro trocador de calor (por exemplo, o trocador de calor primário 110). O ventilador 248 é um dispositivo mecânico que força o ar, por meio de métodos de empurrar ou puxar, através da concha 201 ao longo dos trocadores de calor em um fluxo de ar de arrefecimento variável. O compressor 242, a turbina 245 e o ventilador 248 em conjunto regulam a pressão e ilustram, por exemplo, que a máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 130) pode operar como uma máquina de ciclo de ar de três rodas. Por sua vez, a máquina de ciclo de ar de três rodas pode incluir a adição de componentes, tal como uma turbina de energia que utiliza gases de escape a partir da câmara 102 para fornecer energia adicional para o dispositivo de compressão 130.

[0021] O separador de água de alta pressão 260 é um dispositivo mecânico que executa a operação de um trocador de calor descrito acima e/ou um processo de remoção da água a partir do ar de sangria, quer temporariamente quer permanentemente.

[0022] Numa operação, o ar de sangria é aceito na entrada 101 de um local de alta pressão de um motor de um avião a uma taxa inicial de fluxo, pressão (por exemplo, 35 psia (241,32 kPa absoluta)), e temperatura que é muito maior a uma taxa de fluxo final, pressão (por exemplo, 12 psia (82,74 kPa absoluta)) e temperatura. O ar de sangria é alimentado através do trocador de calor primário 110, que através de arrefecimento abaixa a temperatura para o compressor 242, o qual, em seguida, aumenta a pressão. Então, devido às válvulas 208, 209 estando fechadas o ar de sangria é alimentado através do trocador de calor secundário 120, o qual também através de arrefecimento abaixa a temperatura para o separador de água de alta pressão 260. Note-se que nesta operação, o ar de sangria é introduzido em série através do trocador de calor primário 110, em seguida, o trocador de calor secundário 120.

[0023] Numa outra operação, um modo de operação de arrefecimento pode ser realizado pelo sistema de controle ambiental 200. A operação de modo de arrefecimento será agora descrita com respeito à FIG. 3. A FIG. 3 ilustra um fluxo de processo 300 que começa no bloco 310, onde o ar de sangria é aceito na entrada 101 de um local de baixa pressão de um motor de um avião a uma taxa de fluxo inicial, pressão (por exemplo, 13 psia (20,68 kPa absoluta)), e temperatura que é perto de um final de taxa de fluxo, pressão e temperatura. Depois, no bloco 320, devido à ativação das válvulas 105, 106, o ar de sangria é dividido entre ambos o trocador de calor primário 110 e o trocador de calor secundário 120 (por exemplo, em paralelo), de tal modo que uma primeira temperatura do ar de sangria na válvula 105 encontra-se coletivamente reduzida para uma segunda temperatura que pode ser em ou perto de uma temperatura da câmara 102. Isto é, o sistema de controle ambiental 200 pode desviar o dispositivo de compressão 130 através da ativação da válvula 106 para dividir um fluxo da sangria a partir da entrada 101 para o trocador de calor primário 110 e o trocador de calor secundário 120 (por exemplo, seta A). Ambos os trocadores de calor, por sua vez, arrefecem as respectivas partes da sangria. Note-se que dividindo o ar de sangria em paralelo ao longo dos trocadores de calor 110, 120, que são componentes muito elevados de perda, reduz a queda de pressão do ar de sangria para metade quando comparada com a operação acima, onde o fluxo de ar de sangria flui em série ao longo dos trocadores de calor 110, 120.

[0024] Em seguida, no bloco, 330, um fluxo do ar de sangria que sai para fora do trocador de calor secundário 120 é combinado através da ativação da válvula 106, com um fluxo da sangria que sai para fora do trocador de calor primário 110 (por exemplo, seta B). Em geral, o modo de operação de arrefecimento pode ser chamado de um modo de arrefecimento do trocador de calor que reduz a temperatura do ar de sangria para a pressão da câmara. A operação no modo de arrefecimento pode ser utilizada quando o arrefecimento de ar RAM para os trocadores de calor 110, 120 for adequado (por exemplo, o ar RAM fornece energia suficiente para os trocadores de calor 110, 120 para reduzir a temperatura do ar de sangria) e a pressão do ar de sangria for suficientemente elevada para manter uma pressão através do sistema de controle ambiental 200, sem o dispositivo de compressão 130.

[0025] A FIG. 4 ilustra um sistema de substituição 400, como uma modalidade do sistema de substituição 140, que recebe um meio (ou ar) a partir da câmara (por exemplo, meio de câmara). O sistema de substituição 400 também inclui válvulas 408, 409 um trocador de calor do sistema de substituição 440, um compressor 442, uma turbina 445 e um eixo 449. Uma primeira parte do meio de câmara flui para o compressor 442 e uma segunda parte do meio de câmara flui para o trocador de calor do sistema de substituição 440. A primeira parte é tratada ou condicionada pelo compressor 442 e pelo trocador de calor do sistema de substituição 440, de tal forma que um meio tratado sai do trocador de calor do sistema de substituição 440 e substitui o médio de sangria que vai ao sistema de inertização 103 através da válvula 107. A segunda parte do meio de câmara atua como um dissipador de calor dentro do trocador de calor do sistema de substituição 440 e procede pela borda fora 404 através da turbina 445 (por exemplo, externo ao sistema de substituição 400 e/ou ao sistema de controle ambiental 100). O sistema de substituição 400, portanto, proporciona o meio tratado com uma pressão igual ou superior à requerida pelo sistema de inertização 103 (por exemplo, de 12 psia (82,74 kPa absoluta) a 35 psia (241,32 kPa absoluta)). Note-se que, na FIG. 4, o fluxo do meio de câmara é dividido entre o trocador de calor do sistema de substituição 440 e o compressor 442. Desta forma, o trocador de calor do sistema de substituição 440 está a montante da turbina 445 e a jusante do compressor 442.

[0026] De modo semelhante, as FIGS. 5-6 também ilustram sistemas de substituição 500, 600, cada um dos quais é uma modalidade do subsistema 140 que recebe um meio de câmara e fornece um meio tratado, em vez do meio de sangria através da válvula 107 para o sistema de inertização 103. Ao fornecer o meio tratado, os sistemas de substituição 500, 600 proporcionam uma pressão igual ou superior à requerida pelo sistema de inertização 103 (por exemplo, de 12 psia (82,74 kPa absoluta) a 35 psia (241,32 kPa absoluta)). Os sistemas de substituição 500, 600 também despejam uma parte do meio de câmara pela borda fora 404 (por exemplo, externo aos sistemas de substituição 500, 600 e/ou o sistema de controle ambiental 100). Os sistemas de substituição 500, 600 incluem, respectivamente, uma válvula 508 e uma válvula 608. Note-se que, na FIG. 5, o fluxo do meio de câmara é dividido entre o trocador de calor do sistema de substituição 440 e o compressor 442. Desta forma, o trocador de calor do sistema de substituição 440 está a jusante da turbina 445 e a jusante do compressor 442. Além disso, na FIG. 6, todo o fluxo do meio de câmara comprimido pelo compressor 442 e o trocador de calor do sistema de substituição 440 está a jusante da turbina 445 e do compressor 442.

[0027] As válvulas 408, 409, 508, 608 são exemplos de válvulas descritas acima. O trocador de calor do sistema de substituição 440, o qual é um trocador de calor, conforme descrito acima, combina-se com o compressor 442, a turbina 445, e o eixo 449 para tratar, condicionar, ou regular uma pressão, a umidade, e uma temperatura do meio da câmara. O compressor 442 é um dispositivo mecânico que comprime o meio de câmara (por exemplo, por um fator de 1,25X, 1,5X, 1,75x, 2X ou semelhante). A turbina 445 é um dispositivo mecânico que aciona o compressor 442 através do eixo 449.

[0028] Em operação, como mostrado na FIG. 4, o meio da câmara flui através da válvula 409 para dentro do compressor 442 para a compressão, através do trocador de calor do sistema de substituição 440 para o arrefecimento, e para fora do sistema de substituição 400 para substituir o meio de sangria que flui para o sistema de inertização 103. Além disso, através da ativação da válvula 408, uma parte do meio de câmara pode fluir através do trocador de calor do sistema de substituição 440. Esta parte do meio de câmara fornece um dissipador de calor para o arrefecimento do meio de câmara comprimido que flui através do trocador de calor do sistema de substituição 440. Em seguida, enquanto a parte do meio de câmara sai do trocador de calor do sistema de substituição 440, ela é alimentada a turbina 445 onde aciona a turbina 445 (por exemplo, e por sua vez, o eixo 449 e o compressor 442). Isto é, a parte do meio de câmara fornece ar quente para dentro da turbina 445. Deste modo, o trocador de calor do sistema de substituição 440, o compressor 442, a turbina 445, e o eixo 449 executam uma operação para comprimir e arrefecer o meio de câmara, que é administrado como o meio tratado para substituir o meio de sangria que flui para o sistema de inertização 100. Note-se que a operação funciona, em parte, devido a uma relação de pressão ao longo da turbina 445. A relação de pressão é X:Y, onde X é a pressão do meio da câmara e Y é a pressão ambiente. Assim, por exemplo, a razão de pressão ao longo da turbina 442 é criada pela pressão da parte do meio de câmara (por exemplo, 10 psia (68,95 kPa absoluta)) sendo maior que uma pressão ambiente pela borda fora 404 (por exemplo, 3 psia (20,68 kPa absoluta)), que cria uma razão de pressão de 3:1 que força a parte do meio da câmara através da turbina 445.

[0029] Em outra operação, como mostrado na FIG. 5, o meio da câmara flui através da válvula 409 para dentro do compressor 442 para a compressão, através do trocador de calor do sistema de substituição 440 para o arrefecimento, e para fora do sistema de substituição 500 para substituir o meio de sangria que flui para o sistema de inertização 103. Além disso, o meio de câmara comprimido sai a partir do compressor 442 em duas partes em duas direções. Uma primeira parte do meio de câmara comprimido pode fluir numa primeira direção através do trocador de calor do sistema de substituição 440 e para fora do sistema de substituição 500 para substituir o meio de sangria que flui para o sistema de inertização 103. Uma segunda parte do meio de câmara comprimido pode fluir numa segunda direção através da turbina 445 através da ativação da válvula 508 e, assim, fornecer a energia para a turbina 445 para acionar o eixo que alimenta o compressor 442. Note-se que enquanto a segunda parte do meio de câmara comprimido sai a partir da turbina 445 (onde também se expande), ela é alimentada através do trocador de calor do sistema de substituição 440 pela borda fora 404. A alimentação dos gases de escape da turbina 445 através do trocador de calor do sistema de substituição 440 proporciona um dissipador de calor para o arrefecimento do meio de câmara comprimido que flui também através do trocador de calor do sistema de substituição 440. Novamente, nota que a operação funciona, em parte, devido a uma relação de pressão ao longo da turbina 445 devido ao fluxo da parte do meio de câmara comprimido que sai a partir da turbina 445 (onde também se expande) pela borda fora 404.

[0030] Em outra operação, como mostrado na FIG. 6, o meio da câmara flui através da válvula 409 para dentro do compressor 442 para a compressão, através do trocador de calor do sistema de substituição 440 para o arrefecimento, e para fora do sistema de substituição 500 para substituir o meio de sangria que flui para o sistema de inertização 103. Além disso, enquanto o meio de câmara comprimido sai do compressor 442, uma parte do meio de câmara comprimido pode fluir através da turbina 445 através da ativação da válvula 608 e, assim, fornecer a energia para a turbina 445 para acionar o eixo que alimenta o compressor 442. Em seguida, enquanto a parte do meio de câmara comprimido sai a partir da turbina 445 (onde também se expande), ela é alimentada através do trocador de calor do sistema de substituição 440 pela borda fora 404. A alimentação dos gases de escape da turbina 445 através do trocador de calor do sistema de substituição 440 proporciona um dissipador de calor para o arrefecimento do meio de câmara comprimido que flui também através do trocador de calor do sistema de substituição 440. Novamente, nota que a operação funciona, em parte, devido a uma relação de pressão ao longo da turbina 445 devido ao fluxo da parte do meio de câmara comprimido que sai a partir da turbina 445 (onde também se expande) pela borda fora 404. Por exemplo, se o meio de câmara da câmara 102 for a 10 psia (68,95 kPa absoluta), se o compressor 442 aumentar a pressão de todo o fluxo por 2X, o que resulta em 20 psi (137,90 kPa) para o meio da câmara depois do compressor 442, e se a pressão do ar ambiente pela borda fora 404 for de 3 psi (20,68 kPa), em seguida, uma primeira parte do meio da câmara é fornecida a partir do compressor 445 a jusante do trocador de calor do sistema de substituição 440 a 20 psi (137,90 kPa), enquanto, devido à elevada relação de pressão (por exemplo, cerca de 6-1 ao longo da turbina 445) uma segunda parte do meio da câmara é fornecida a partir da turbina 445 a jusante para o trocador de calor do sistema de substituição 440 a uma temperatura reduzida.

[0031] Os aspectos da presente invenção são aqui descritos com referência às ilustrações de fluxograma, esquemas e/ou diagramas de blocos de métodos, aparelhos, e/ou sistemas de acordo com as modalidades da invenção. Além disso, as descrições de várias modalidades da presente invenção foram apresentadas para fins de ilustração, mas não pretendem ser exaustivas nem se limitam às modalidades divulgadas. Muitas modificações e variações serão aparentes àqueles versados na técnica sem que se desviem do escopo e do espírito das modalidades descritas. A terminologia usada neste documento foi escolhida para melhor explicar os princípios das modalidades, da aplicação prática ou do aprimoramento técnico em relação às tecnologias encontradas no mercado, ou para permitir que outros versados na técnica entendam as modalidades aqui divulgadas.

[0032] A terminologia usada neste documento tem a finalidade de descrever modalidades particulares apenas e não se destina a ser limitante da invenção. Como usado aqui, a forma singular “um”, “uma” e "o " estão pretendidos incluir também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra maneira. Será ainda compreendido que os termos “compreendem” e/ou “compreendendo”, quando usado nesta especificação, especifica a presença de características indicadas, inteiros, etapas, operações, elementos, e/ou componentes, mas não impossibilita a presença ou uma adição de outras características, inteiros, etapas, operações, componentes do elemento, e/ou grupos destes.

[0033] Os fluxogramas aqui representados são apenas um exemplo. Pode haver muitas variações em relação a este diagrama ou às etapas (ou operações) aqui descritas sem que haja desvio do espírito da invenção. Por exemplo, as etapas podem ser executadas em uma ordem diferente ou etapas podem ser adicionadas, excluídas ou modificadas. Todas essas variações são consideradas parte da invenção reivindicada.

[0034] Enquanto que a modalidade preferencial à divulgação foi descrita, será entendido que os versados na técnica, agora e no futuro, poderão fazer várias melhorias e aprimoramentos que estejam enquadrados no escopo das reivindicações que se seguem. Estas reivindicações devem ser interpretadas de modo a manter a proteção apropriada para a invenção primeiramente descrita.

Claims

1. Sistema de substituição (400, 500, 600) para substituição de um meio de sangria que flui para um sistema de inertização (103) de uma aeronave compreendendo o meio de sangria, uma câmara (102), um sistema de controle ambiental (100) para prover o meio de sangria, e o sistema de inertização, em que o sistema de substituição (500, 600) compreende: um eixo (449); um compressor (442) acoplado ao eixo (449) e configurado para receber e comprimir um meio de câmara proveniente da câmara (102) para gerar um meio de câmara comprimido; uma turbina (445) acoplada ao eixo (449) e configurada para acionar a compressão do meio de câmara pelo compressor (442) através do eixo (449); e, um trocador de calor (440) configurado para receber o meio de câmara comprimido e reduzir uma temperatura do meio de câmara tratado para saída, em que um escape da turbina (445) é despejado pela borda fora para gerar uma razão de pressão através da turbina, a razão de pressão sendo entre o meio de câmara e uma pressão ambiente fora da aeronave, caracterizado pelo fato de que uma válvula (107) é acoplada a uma alimentação do meio de câmara tratado do sistema de substituição (400, 500, 600) e a uma alimentação do meio de sangria a partir do sistema de controle ambiental (100); em que a válvula (107) fornece um fluxo do meio de câmara tratado a partir do trocador de calor (440) do sistema de substituição (400, 500, 600) ou um fluxo do meio de sangria a partir do sistema de controle ambiental (100) para o sistema de inertização (103). .

2. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (440) está a jusante de uma primeira parte do meio de câmara que flui a partir do compressor (442) e a montante de uma segunda parte do meio de câmara que flui para a turbina (445).

3. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor (440) está a jusante de uma primeira parte do meio de câmara que flui a partir do compressor (442) e a jusante de uma segunda parte do meio de câmara que flui a partir da turbina (445).

4. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio de câmara é comprimido pelo compressor (442), antes de ser dividido por um valor para as primeiras e segundas partes.

5. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o meio de sangria é ligeiramente acima de uma pressão de câmara do meio de câmara, devido a um arrefecimento paralelo do meio de sangria.

6. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que uma relação de pressão ao longo da turbina (445) é utilizada para acionar a turbina (445).

7. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a relação de pressão é de 3:1.

8. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende adicionalmente uma válvula (408, 409), em que a válvula (408, 409) aciona para permitir uma parte do meio de câmara a fluir através do trocador de calor (440) proporcionando assim um dissipador de calor para o arrefecimento do meio de câmara que flui através do trocador de calor (440).

9. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende adicionalmente uma válvula (408, 409), em que, após a compressão pelo compressor (442), uma parte do meio de câmara é utilizada para acionar a turbina (445) através da ativação da válvula (408, 409) que direciona a parte do meio de câmara para a turbina (445).

10. Sistema de substituição (400, 500, 600) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a câmara (102) é uma cabine da aeronave, em que o meio de câmara é o ar da cabine.