BR102017005224A2

BR102017005224A2 - Environmental control system of an aircraft

Info

Publication number: BR102017005224A2
Application number: BR102017005224-9A
Authority: BR
Inventors: E. Army Donald; Peacos Frederick; Iii
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corporation
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2017-11-21
Also published as: CN107200137A; EP3219619B1; CA2961321A1; EP3219619A1

Abstract

sistemas de controle ambiental para uma aeronave que incluem um módulo ram que possui um trocador de calor primário e um trocador de calor secundário, um módulo de refrigeração que tem um módulo de máquina de ciclo de ar e um trocador de calor condensador e uma primeira válvula dispersora de altitude operável a partir de uma primeira posição em que os trocadores de calor primário e secundário operam em série e uma segunda posição em que os trocadores de calor primário e secundário operam em paralelo. ar a partir dos trocadores de calor primário e secundário é fornecido a (i) trocador de calor condensador quando os trocadores de calor primário e secundário operam em série e (ii) uma cabine da aeronave quando os trocadores de calor primário e secundário operam em paralelo.

Description

“SISTEMA DE CONTROLE AMBIENTAL DE UMA AERONAVE” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade para os Pedidos de Patente Provisórios Número 62/309.076, 62/309.080, 62/ 309.081 e 62/309. 084, depositados em 16 de março de 2016. Os conteúdos dos pedidos de prioridade são incorporados neste documento por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] O assunto divulgado neste documento refere-se, de forma geral, a sistemas de controle ambiental e, mais particularmente, a arquiteturas de um pack e meio para sistemas de controle ambiental.

[003] Aeronaves comerciais são convencionalmente equipadas com arquiteturas de sistemas de controle ambiental de dois packs que incluem packs redundantes instalados em compartimentos separados abaixo de uma caixa central da asa da aeronave e são encapsulados pela carenagem de asa para corpo da aeronave. Estes compartimentos são geralmente separados por um Feixe de Quilha que suporta o peso da aeronave no caso de uma aterrissagem sem trem de pouso. Penetrações locais do feixe de quilha podem ser acomodadas, se devidamente reforçadas.

[004] Configurações menores de arquiteturas de sistemas de controle ambiental podem incluir arquiteturas de pack e meio que se encaixam dentro de um único volume. No entanto, esse volume é maior do que metade das arquiteturas de dois packs convencionais e, assim, sistemas de arquitetura de pack e meio podem ser demasiado grandes para o uso em tais locais, e, assim, pode ser necessário que seja instalado noutros locais da aeronave (por exemplo, num cone de cauda da aeronave). Pode ser benéfico reduzir ainda mais o tamanho das arquiteturas de sistemas de controle ambiental de pack e meio.

SUMÁRIO

[005] De acordo com uma modalidade, são proporcionados sistemas de controlo ambiental para aeronaves. Os sistemas de controle ambiental incluem um módulo ram que possui um trocador de calor primário e um trocador de calor secundário, um módulo de refrigeração que tem um módulo de máquina de ciclo de ar e um trocador de calor condensador e uma primeira válvula dispersora de altitude operável a partir de uma primeira posição em que os trocadores de calor primário e secundário operam em série e uma segunda posição em que os trocadores de calor primário e secundário operam em paralelo. Ar a partir dos trocadores de calor primário e secundário é fornecido a (i) trocador de calor condensador quando os trocadores de calor primário e secundário operam em série e (ii) uma cabine da aeronave quando os trocadores de calor primário e secundário operam em paralelo.

[006] Além de uma ou mais das características aqui descritas, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir trocadores de calor primário e secundário que operam em série, quando a aeronave está em terra.

[007] Além de uma ou mais das características aqui descritas, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir trocadores de calor primário e secundário que operam em paralelo, quando a aeronave está voando.

[008] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir uma segunda válvula de dispersadora de altitude operável para direcionar ar a partir dos trocadores de calor primários e secundários para um dos trocadores de calor condensadores e a cabine da aeronave.

[009] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir que o módulo de máquina de ciclo de ar que compreende uma primeira máquina de ciclo de ar e uma segunda máquina de ciclo de ar, cada máquina de ciclo de ar tendo um respectivo compressor e respectiva turbina.

[0010] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir um coletor de água configurado a jusante do trocador de calor do condensador, o coletor de água configurado para extrair a água do ar fornecido a partir de um dos trocadores de calor condensadores ou do ar de saída da cabine da aeronave.

[0011] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir que o módulo de máquina de ciclo de ar seja alimentado com ar de sangria, que sistema de controle ambiental compreenda ainda uma válvula de extinção configurada para controlar fluido a partir do trocador de calor primário, de tal forma que o ar do trocador de calor primário possa ser fornecido para a alimentação de ar fresco para o ar de sangria e condicione o referido ar de sangria.

[0012] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir que o módulo de máquina de ciclo de ar que compreende uma primeira máquina de ciclo de ar e uma segunda máquina de ciclo de ar, cada máquina de ciclo de ar tendo um respectivo compressor, respectiva turbina e respectiva turbina de energia.

[0013] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir que as turbinas da primeira e segunda máquinas de ciclo de ar sejam operadas quando a aeronave está em terra e as turbinas de energia das primeira e segunda máquinas de ciclo de ar sejam operadas quando a aeronave está em voo.

[0014] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir um coletor de água configurado a jusante do trocador de calor do condensador, o coletor de água configurado para extrair a água do ar fornecido a partir do trocador de calor condensador, quando as turbinas da primeira e segunda máquinas de ciclo de ar são operados e o coletor de água é contornado quando as turbinas de energia das primeira e segunda máquinas de ciclo de ar são operadas.

[0015] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controla ambiental podem incluir, pelo menos, uma válvula dispersora exterior configurada para exaustão de ar a partir do módulo de máquina de ciclo de ar exterior quando a aeronave está em voo.

[0016] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir, pelo menos, uma válvula de controle de temperatura configurada para desviar o ar de sangria ao trocador de calor do condensador quando a aeronave está em terra.

[0017] Além de uma ou mais das características descritas neste documento, ou em alternativa, outras modalidades dos sistemas de controle ambiental podem incluir uma válvula de altitude configurada para controlar um fluxo de ar a partir do módulo de máquina de ciclo de ar para um ou ambos os trocadores de calor do módulo de ram.

[0018] Efeitos técnicos de modalidades da presente divulgação incluem sistemas de controle ambiental que têm arquiteturas de pack e meio.

[0019] Os recursos e elementos acima podem ser combinados de várias formas, sem exclusividade, a menos que expressamente indicado em contrário. Estes recursos e elementos, bem como a operação dos mesmos, se tomarão mais evidentes à luz da descrição seguinte e das figuras anexadas.

Deve ser compreendido, no entanto, que a seguinte descrição e os figuram se destinam a serem ilustrativos e explicativos e não limitativos em sua natureza. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0020] O assunto é particularmente salientado e distintamente reivindicado na conclusão do relatório descritivo. As características precedentes e outras características e vantagens da presente divulgação são evidentes a partir da seguinte descrição detalhada em conjunto com as figuras anexas, nas quais: A FIG. IA é uma ilustração esquemática de uma aeronave que pode incorporar várias modalidades da presente divulgação; A FIG. 1B é uma ilustração esquemática de uma seção do compartimento da aeronave da Fig. 1 A; A FIG. 2A é uma ilustração esquemática, em perspectiva, de um sistema de controle ambiental de uma aeronave que pode incorporar modalidades da presente divulgação; A FIG. 2B é uma segunda ilustração em perspectiva do sistema de controle ambiental da FIG. 2A; A FIG. 3 é um diagrama esquemático de um sistema de controle ambiental, de acordo com uma modalidade da presente divulgação; A FIG. 4A é um diagrama esquemático de uma arquitetura de sistema de controle, ambiental de acordo com uma modalidade da presente divulgação; A FIG. 4B é um diagrama esquemático que ilustra um fluxo de ar através do sistema de controle ambiental da FIG. 4A quando uma aeronave está no solo; A FIG. 4C é um diagrama esquemático que ilustra um fluxo de ar através do sistema de controle ambiental da FIG. 4A quando uma aeronave está em voo; A FIG. 5A é um diagrama esquemático de uma arquitetura de sistema de controle, ambiental de acordo com uma outra modalidade da presente divulgação; A FIG. 5B é um diagrama esquemático que ilustra um fluxo de ar através do sistema de controle ambiental da FIG. 5A quando uma aeronave está no solo; e A FIG. 5C é um diagrama esquemático que ilustra um fluxo de ar através do sistema de controle ambiental da FIG. 5A quando uma aeronave está em voo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0021] Tal como mostrado e descrito neste documento, várias características da presente divulgação serão apresentadas. Várias modalidades podem ter as mesmas ou semelhantes características e, assim, as mesmas ou semelhantes características podem ser marcadas com o mesmo numeral de referência, mas precedida por um primeiro número diferente indicando a figura na qual é mostrada a característica. Assim, por exemplo, elemento "##", que é mostrado na FIG. X pode ser rotulado como "X ##" e um elemento semelhante na FIG. Z pode ser rotulado como "Z ##". Embora os números de referência semelhantes possam ser usados num sentido genérico, várias modalidades serão descritas e várias características podem incluir mudanças, alterações, modificações, etc., como irá ser apreciado por aqueles versados na técnica, seja explicitamente descrito ou não, seria apreciado por aqueles versados na técnica.

[0022] Conforme mostrado nas FIGS. 1A-1B, uma aeronave 101 pode incluir um ou mais compartimentos 103 abaixo de uma caixa central de asa. O compartimento 103 pode conter e/ou ser suporte de um ou mais componentes da aeronave 101. Por exemplo, em algumas configurações, a aeronave 101 pode incluir sistemas de controle ambiental no interior do compartimento 103. Como mostrado na FIG. 1B, a baía 103 inclui portas do compartimento 105 que permitem a instalação e acesso a um ou mais componentes (por exemplo, sistemas de controle ambiental). Durante a operação de sistemas de controle ambiental, ar que está no exterior da aeronave 101 pode fluir em um ou mais sistemas de controle ambiental dentro das portas do compartimento 105 por meio de uma ou mais entradas de ar ram 107. O ar pode então fluir através dos sistemas de controle ambiental para ser processado e fornecido para vários componentes ou locais dentro da aeronave 101 (por exemplo, cabine de passageiros, etc.). Um pouco de ar pode escapar através de uma ou mais saídas de escape de ar ram 109.

[0023] Referindo-se agora as FIGS. 2A-2B, um sistema de controle ambiental 200, de acordo com uma modalidade da presente divulgação é mostrado. O sistema de controle ambiental 200 inclui um módulo ram 202 e um módulo de refrigeração 204, que são operativamente ligadas por um ou mais dutos 206a, 206b, 206c. A FIG. 2A mostra uma primeira ilustração em perspectiva do sistema de controle ambiental 200 e a FIG. 2B mostra uma segunda representação em perspectiva do sistema de controle ambiental 200. O sistema de controle ambiental 200 das FIGS. 2A-2B é meramente para fins ilustrativos e explicativos, e aqueles versados na técnica apreciarão que várias modalidades da presente invenção podem ser configuradas com diferentes tipos de sistemas de controle ambiental e/ou configurações diferentes de sistemas de controle ambiental e, assim, a presente discussão e ilustrações associadas não se destinam a ser limitativas.

[0024] Conforme mostrado, nas FIGS. 2A-2B, o módulo ram 202 inclui um trocador de calor primário 208a e um trocador de calor secundário 208b, que formam um módulo trocador de calor de duas passagens. Os trocadores de calor 208a, 208b são configurados para receber ar Aram e realizar a sangria ar Asangria para condicionar o ar dentro do módulo ram 202. O módulo ram 202 inclui ainda um coletor de saída ram 210 e um coletor de escape ram 212. Localizado entre os coletores 210, 212 podem estar uma ou mais hélices ram 214. Ar a partir do módulo ram 202 pode ser transportado para ou a partir do módulo de refrigeração 204 através dos dutos 206a, 206b, 206c.

[0025] O módulo de refrigeração 204 inclui um trocador de calor do condensador 216 e uma ou mais máquinas de ciclo de ar 218. O trocador de calor do condensador 216 pode ser operacionalmente ligado ao trocador de calor 208b secundário por um primeiro duto 206a que pode fornecer ar quente para o trocador de calor condensador 216. As máquinas de ciclo de ar 218 podem ser ligadas a um ou ambos os trocadores de calor 208a, 208b, como se mostra. O ar recirculado AreCirc pode ser fornecido a e misturado com o ar da turbina a partir das máquinas de ciclo de ar 218, tal como indicado na FIG. 2A.

[0026] O trocador de calor condensador 216 está configurado para condicionar o ar e fornecer a relativamente frio ou frio Acabine a uma cabine de uma aeronave. Assim, o trocador de calor de condensador 216 inclui um coletor de saída 220. O ar quente que é fornecido para o trocador de calor condensador 216 através do duto 206 é alimentado para dentro de um coletor de entrada 222 do trocador de calor de condensador 216.

[0027] Conforme mostrado nas FIGS. 2A-2B, as hélices ram 214 e as máquinas de ciclo de ar 218 são separadas. Tal configuração permite que a separação do sistema de controle ambiental 200 seja separada para o módulo ram 202 e o módulo de refrigeração 204. Como mostrado, o módulo RAM 202 inclui as hélices ram 214. Em algumas modalidades, as hélices ram 214 podem ser configuradas como rams elétricos duplos que podem proporcionar um desempenho de arrefecimento de ram necessário e redundância. As hélices ram 214 podem ser operadas separadamente ou ao mesmo tempo para permitir o controle e a variação no fluxo de ram. Hélices de velocidade fixa, hélices de duas velocidades ou hélices de velocidade variável podem ser usadas sem se sair do escopo da presente divulgação. Por conseguinte, o sistema de controle ambiental 200 pode ser instalado em dois volumes separados em uma aeronave (por exemplo, em dois compartimentos separados), em comparação com um único volume grande.

[0028] Por exemplo, referindo-se agora à FIG. 3 é um diagrama esquemático de um sistema de controle ambiental 300, de acordo com uma modalidade da presente divulgação, é mostrado. O sistema de controle ambiental 300 pode ser semelhante ao mostrado e descrito nas FIGS. 2A-2B, e, assim, características semelhantes não serão descritas novamente.

[0029] O sistema de controle ambiental 300 inclui um módulo ram 302 e um módulo de refrigeração 304. Em algumas configurações, quando instalado numa aeronave, o módulo ram 302 pode ser instalado em um lado direito da aeronave e, assim, através de uma primeira porta de compartimento e o módulo de refrigeração 304 pode ser instalados do lado esquerdo da aeronave e através de uma segunda porta do compartimento. Na FIG. 3, uma linha central de aeronave 311 é indicada como separando o módulo ram 302 do módulo de refrigeração 304.

[0030] O módulo ram 302 é operativamente ligado ao módulo de refrigeração 304 por um ou mais dutos 306. O sistema de controle ambiental 300 inclui um trocador de calor primário 308a e um trocador de calor secundário 308b que recebe ar de sangria Asangria e ar de ram Aram, respectivamente, para condicionar o ar dentro do módulo ram 302. Um ou mais hélices ram 314 são configurados para ajudar no escapamento de ar de escape de ram Aram_escape a partir do módulo de ram 302.

[0031] Como mostrado, o módulo de refrigeração 304 inclui um trocador de calor de condensador 316 e máquinas de ciclo de ar em tandem 318a, 318b. Cada uma das máquinas de ciclo de ar em tandem 318a, 318b inclui um respectivo compressor 324a, 324b e uma respectiva turbina 326a, 326b. O conjunto de máquinas de ciclo de ar 318a, 318b pode formar um módulo de máquina de ciclo de ar em tandem 328, como indicado pela caixa de linha tracejada na FIG. 3. O módulo de máquina de ciclo de ar em tandem 328 pode incluir duas máquinas de ciclo de ar (por exemplo, 318a, 318b) que estão operacionalmente ligadas a um coletor centralizado, tal como descrito neste documento e, assim, formar um conjunto compacto, unificado. Embora mostradas e descritas neste documento com duas máquinas de ciclo de ar 318a, 318b, aqueles versados na técnica irão apreciar que modalidades da presente invenção podem ser aplicado a máquinas de ciclo de ar em tandem de duas, três ou quatro rodas. Como mostrado, um coletor de água 329 está configurado para extrair a umidade do ar do condensador 316 e fornecer o ar condicionado às máquinas de ciclo de ar 318a, 318b. Uma válvula de isolamento de máquina de ciclo de ar 332 esquematicamente mostrada está configurada para ser operada e controlar o fluxo de fluido para uma ou ambas as máquinas de ciclo de ar 318a, 318b.

[0032] Modalidades fornecidas neste documento são direcionadas para sistemas de controle ambiental de um pack e meio melhorados. Arquiteturas como as proporcionadas neste documento podem permitir um sistema de baixa pressão integrada que oferece melhor desempenho econômico e operacional, superior a outras arquiteturas. Além disso, modalidades fornecidas permitem contagem de parte de sistema e peso reduzidos e interfaces que podem ser realizadas em arquiteturas de dois packs convencionais. Por exemplo, em várias modalidades, as arquiteturas proporcionadas neste documento podem requerer apenas um em vez de dois dos seguintes componentes: trocadores de calor de ram; trocadores de calor de condensação; coletores de água; válvulas de isolamento de máquina de ciclo de ar; ou circuitos ram.

[0033] Voltando-se agora para as FIGS. 4A-4C, diagramas esquemáticos de um sistema de controle ambiental de pack e meio 400, de acordo com uma modalidade da presente invenção são mostrados. A FIG. 4A ilustra os componentes do sistema de controle ambiental 400, a FIG. 4B ilustra uma operação de terra do sistema de controle ambiental 400, e a FIG. 4C ilustra uma operação de cruzeiro do sistema de controle ambiental 400. As linhas tracejadas nas Figs. 4B-4C ilustram os caminhos de fluxo de ar na medida em que fluem através do sistema de controle ambiental 400 nas diferentes condições operacionais.

[0034] O sistema de controle ambiental 400 pode ser configurado de forma semelhante ao mostrado nas FIGS. 2A-2B, e inclui um primeiro trocador de calor 408a, um segundo trocador de calor 408b, um coletor de água 429, um trocador de calor de condensador 416 e máquinas de ciclo de ar com hélices ram 414a, 414b, compressores 424a, 424B e turbinas 426A, 426B. Outras características e aspectos do sistema de controlo ambiental 400 são omitidos para simplificar. Como mostrado, ar de ram Aram e ar de sangria ASangria podem entrar no sistema de controle ambiental 400 e ar de escape de ram Aram_escape e cabine com ar condicionado Acabine pode sair do sistema de controle ambiental 400. Além disso, em algumas modalidades, uma porção do ar dentro do sistema de controle ambiental 400 pode escapar para o exterior como ar exterior Aexterior, tal como ilustrado nas FIGS. 4A-4C.

[0035] O sistema de controle ambiental 400 pode incluir vários componentes para controlar o fluxo de ar através do sistema de controle ambiental 400, de tal forma que caminhos de fluxo diferentes de ar dentro do sistema de controle ambiental 400 possam ser alcançados com base em diferentes estados de operação. Por exemplo, como notado acima, uma operação de chão é indicada na FIG. 4B e uma operação de velocidade é indicada na FIG. 4C.

[0036] O sistema de controle ambiental 400 pode incluir várias válvulas, sensores, etc. Por exemplo, como mostrado, em adição a uma válvula de isolamento de máquina de ciclo de ar 432, o sistema de controle ambiental 400 inclui uma ou mais válvulas de desvio exteriores 434 que podem ser configuradas a jusante das turbinas 426A, 426B. Uma ou mais válvulas de controle de temperatura 436 podem ser utilizadas para controlar a temperatura de saída da turbina de ar de sangria utilizando ar de sangria Asangna- As válvulas do dispersor exteriores 434 são usadas para direcionar fluxo para o trocador de calor de condensador 416 ou para o exterior durante a operação de cruzeiro (Aexterior)· [0037] Uma primeira válvula dispersora de altitude 438 pode ser configurada para desviar o ar de uma saída HXsaída do trocador de calor primário 408a para uma entrada HXentrada do trocador de calor secundário 408b, como mostrado, ou para permitir que o ar flua desde a saída HXsaída do trocador de calor primário 408a para o trocador de calor de condensador 416 ou para ser ar de cabine Acabine· A primeira válvula de dispersador de altitude 438 é configurada para permitir que os trocadores de calor 408a, 408b operem em série ou em paralelo. Na medida em que a segunda válvula de desvio de altitude 440 pode ser configurada para controlar o ar de um ou ambos os trocadores de calor 408a, 408b e dirigi-la para a cabine como ar de cabine Acabine ou para o trocador de calor de condensador 416. Um sensor de pressão diferencial 442 pode ser configurado para monitorar uma pressão de ar diferencial entre o ar da cabine Acabine e o ar fornecido a partir de uma ou mais das turbinas 426A, 426B para o trocador de calor de condensador 416. O sensor de pressão diferencial 442 pode ser usado, em algumas modalidades, para ajudar no controle de uma ou mais das válvulas do sistema de controle ambiental 400 (por exemplo, as válvulas descritas neste documento ou outras válvulas configuradas dentro do sistema de controle ambiental 400).

[0038] Válvulas adicionais podem ser configuradas para controlar o fluxo de ar entre os trocadores de calor 408a, 408b e os compressores 424a, 424B. Por exemplo, uma válvula de têmpera 444 pode ser configurada para controlar o fluxo de ar a partir de uma saída HXsaída do trocador de calor primário 408a para os compressores 424a, 424B. Além disso, uma válvula de altitude 446 pode ser configurada para controlar um fluxo de ar a partir dos compressores 424a, 424B para entradas HXentrada de um ou ambos os trocadores de calor 408a, 408b.

[0039] Como observado, a linha tracejada na FIG. 4B ilustra um percurso de fluxo de ar através do sistema de controle ambiental 400 num estado fundamental de funcionamento. A linha a tracejada na FIG. 4C ilustra um percurso de fluxo de ar através do sistema de controle ambiental 400 num estado de funcionamento de cruzeiro.

[0040] Como ilustrado na FIG. 4B, a primeira válvula dispersora de altitude 438 está configurada para desviar o ar de uma saída HXsaída do trocador de calor primário 408a para uma entrada HXentrada do trocador de calor secundário 408b. Como tal, o ar do trocador de calor primário 408a não está dirigido para o trocador de calor condensador 416. No entanto, o ar do trocador de calor 408b secundário é direcionado através da segunda válvula dispersora de altitude 440 e fornecido para o trocador de calor de condensador 416. Além disso, a válvula de altitude 446 é configurada para impedir que o ar a partir dos compressores 424a, 424B seja fornecido ao trocador de calor secundário 408b, como mostrado. O trocador de calor do condensador 416 é configurado para fornecer o ar de cabine Acabine e também fornecer ar para o coletor de água 429.

[0041] Referindo-se agora à FIG. 4C, as alterações do estado fundamental da operação (FIG. 4B) para o estado de cruzeiro de operação do sistema de controle ambiental 400 será discutido. No estado de operação de cruzeiro, primeira válvula de desvio de altura 438 é orientada para permitir que o fluxo de ar a partir do trocador de calor primário 408a flua para o trocador de calor de condensador 416 (em vez de ser desviada para o trocador de calor secundário 408b). Além disso, como mostrado, a segunda válvula dispersora de altitude 440 está orientada para ignorar o trocador de calor condensador 416 e fornecer ar diretamente como o ar da cabine Acabine- Uma vez que o trocador de calor do condensador 416 é ignorado, nenhum ar é fornecido a partir do trocador de calor de condensador 416 para o coletor de água 429. No entanto, o ar pode ser fornecido a partir de uma cabine, como controlado por uma válvula de saída 448, através do coletor de água 429, através das turbinas 426A, 426B e, em seguida, escapado como ar exterior Aexterior· Além disso, no estado de cruzeiro da operação, a válvula de altitude 446 pode ser aberta para permitir o fluxo a partir dos compressores 424a, 424B para o trocador de calor secundário 408b, como se mostra.

[0042] Referindo-se agora as FIGS. 5A-5C, uma arquitetura alternativa para sistema de controle ambiental, de acordo com uma modalidade da presente divulgação é mostrado. A FIG. 5A é um diagrama esquemático de uma arquitetura de pack e meio de um sistema de controle ambiental 500. A FIG. 5A ilustra os componentes do sistema de controle ambiental 500, a FIG. 5B ilustra uma operação de terra do sistema de controle ambiental 500, e a FIG. 5C ilustra uma operação de cruzeiro do sistema de controle ambiental 500. As linhas tracejadas nas Figs. 5B-5C ilustram os caminhos de fluxo de ar na medida em que fluem através do sistema de controle ambiental 500 nas diferentes condições operacionais.

[0043] O sistema de controle ambiental 500 pode ser configurado de forma semelhante ao mostrado nas FIGS. 2A-2B e/ou FIGS. 4A-4C, e inclui um primeiro trocador de calor 508a, um segundo trocador de calor 508b, um coletor de água 529, um trocador de calor de condensador 516 e máquinas de ciclo de ar com hélices ram 514a, 514b, compressores 524a, 524B e turbinas 526A, 526B. Além disso, o sistema de controle ambiental 500 (e particularmente as máquinas de ciclo de ar do sistema de controle ambiental 500) incluem turbinas de energia 550A, 550B. Outras características e aspectos do sistema de controlo ambiental 500 são omitidos para simplificar. Como mostrado, ar de ram Aram e ar de sangria Asangria podem entrar no sistema de controle ambiental 500 e ar de escape de ram Aram_escape e cabine com ar condicionado Acabme pode sair do sistema de controle ambiental 500. Além disso, em algumas modalidades, uma porção do ar dentro do sistema de controle ambiental 500 pode escapar para o exterior como ar exterior Aexterior, tal como ilustrado nas FIGS. 5A e 5C.

[0044] O sistema de controle ambiental 500 pode incluir vários componentes para controlar o fluxo de ar através do sistema de controle ambiental 500, de tal forma que caminhos de fluxo diferentes de ar dentro do sistema de controle ambiental 500 possam ser alcançados com base em diferentes estados de operação. Por exemplo, como notado acima, uma operação de chão é indicada na FIG. 5B e uma operação de velocidade é indicada na FIG. 5C

[0045] O sistema de controle ambiental 500 pode incluir várias válvulas, sensores, etc. Como mostrado na FIG. 5A, válvula de isolamento de máquina de ciclo de ar 532 está configurada para controlar o fluxo de ar para as turbinas 526A, 526B ou turbinas de energia 550a, 550b. Durante a operação, as turbinas 526a, 526b podem ser alimentadas com ar a partir da água recolhida 529 ou as turbinas 550A, 550B podem ser alimentadas com ar a partir de uma cabine controlada por uma válvula de saída 548, de acordo com o estado da válvula de isolamento da máquina de ciclo de ar 532. Uma ou mais válvulas de controle de temperatura 536 podem ser usadas para desviar o ar de sangria AsangIia para o trocador de calor do condensador 516.

[0046] Uma primeira válvula dispersora de altitude 538 pode ser configurada para desviar o ar de uma saída HXsaída do trocador de calor primário 508a para uma entrada HXentrada do trocador de calor secundário 508b, como mostrado, ou para permitir que o ar flua desde a saída HXsaída do trocador de calor primário 508a para o trocador de calor de condensador 516 ou para ser ar de cabine Acabine· A primeira válvula de dispersador de altitude 538 é configurada para permitir que os trocadores de calor 508a, 508b operem em série ou em paralelo. Na medida em que a segunda válvula de desvio de altitude 540 pode ser configurada para controlar o ar de um ou ambos os trocadores de calor 508a, 508b e dirigi-la para a cabine como ar de cabine Acabine ou para o trocador de calor de condensador 516. Um sensor de pressão diferencial 542 pode ser configurado para monitorar uma pressão de ar diferencial entre o ar da cabine Acabine e o ar fornecido a partir de uma ou mais das turbinas 526A, 526B para o trocador de calor de condensador 516. O sensor de pressão diferencial 542 pode ser usado, em algumas modalidades, para ajudar no controle de uma ou mais das válvulas do sistema de controle ambiental 500 (por exemplo, as válvulas descritas neste documento ou outras válvulas configuradas dentro do sistema de controle ambiental 500).

[0047] Válvulas adicionais podem ser configuradas para controlar o fluxo de ar entre os trocadores de calor 508a, 508b e os compressores 524a, 524B. Por exemplo, uma válvula extintora 544 pode ser configurada para controlar o fluxo de ar a partir de uma saída HXsaída do trocador de calor primário 508a para os compressores 524a, 524B. Além disso, uma válvula de altitude 546 pode ser configurada para controlar um fluxo de ar a partir dos compressores 524a, 524B para entradas HXentrada de um ou ambos os trocadores de calor 508a, 508b.

[0048] Como observado, as linhas na FIG tracejada. 5B ilustra um percurso de fluxo de ar através do sistema de controle ambiental 500 num estado fundamental de funcionamento. As linhas tracejadas na FIG. 5C ilustra um percurso de fluxo de ar através do sistema de controle ambiental 500 num estado de funcionamento de cruzeiro.

[0049] Como ilustrado na FIG. 5B, a primeira válvula dispersora de altitude 538 está configurada para desviar o ar de uma saída HXsaída do trocador de calor primário 508a para uma entrada HXentrada do trocador de calor secundário 508b. Como tal, o ar do trocador de calor primário 508a não está dirigido para o trocador de calor condensador 516. No entanto, o ar do trocador de calor 508b secundário é direcionado através da segunda válvula dispersora de altitude 540 e fornecido para o trocador de calor de condensador 516. Além disso, a válvula de altitude 546 é configurada para impedir que o ar a partir dos compressores 524a, 524B seja fornecido ao trocador de calor secundário 508b, como mostrado. O trocador de calor do condensador 516 é configurado para fornecer o ar de cabine A^ine e também fornecer ar para o coletor de água 529.

[0050] Referindo-se agora à FIG. 5C, as alterações do estado fundamental da operação (FIG. 5B) para o estado de cruzeiro de operação do sistema de controle ambiental 500 será discutido. No estado de operação de cruzeiro, primeira válvula de desvio de altura 538 é orientada para permitir que o fluxo de ar a partir do trocador de calor primário 508a flua para o trocador de calor de condensador 516 (em vez de ser desviada para o trocador de calor secundário 508b). Além disso, como mostrado, a segunda válvula dispersora de altitude 540 está orientada para ignorar o trocador de calor condensador 516 e fornecer ar diretamente como o ar da cabine Acabine- Uma vez que o trocador de calor do condensador 516 é ignorado, nenhum ar é fornecido a partir do trocador de calor de condensador 516 para o coletor de água 529. No entanto, o ar pode ser fornecido a partir da válvula de saída 548 e ignorar o coletor de água 529 por operação da válvula de isolamento de máquina de ciclo de ar 532. O ar também pode ser desviado para longe das turbinas 526A, 526B e, em vez transportado para as turbinas de energia 550A, 550B e, posteriormente desviados para ram de saída como ar de escape de ram Aram_escape· Além disso, no estado de cruzeiro da operação, a válvula de altitude 546 pode ser aberta para permitir o fluxo a partir dos compressores 524a, 524B para o trocador de calor secundário 508b, como se mostra.

[0051] Vantajosamente, as modalidades descritas neste documento proporcionam sistemas melhorados de controle ambiental de pack e meio. Por exemplo, vantajosamente, modalidades fornecidas neste documento habilitam a redundância onde for necessário para a confiabilidade de despacho (por exemplo, máquina de ciclo de ar e válvula de controle de temperatura). Além disso, vantajosamente, a utilização de um trocador de calor ram de duas passagens operando em série no solo (por exemplo, as FIGS. 4A, 5A) e em paralelo em voo (por exemplo, as FIGS. 4B, 5B) pela operação de uma válvula dispersora de altitude pode habilitar um pack de baixa impedância. Tal operação em paralelo ou em série da disposição de trocador de calor duplo pode permitir reduzir a pressão de sangria durante o voo (por exemplo, cruzeiro), o que pode resultar num benefício de economia de combustível.

[0052] Além disso, vantajosamente, em algumas modalidades, as máquinas de ciclo de ar podem utilizar compressores de fluxo misto (por exemplo, de ar de sangria, trocador de calor de ar, etc), oferecendo uma ampla gama de desempenho ao longo de um perfil de operação do sistema. Tal gama de desempenho pode permitir que pressões relativamente baixas de alimentação de um motor de aeronave sejam impulsionadas de forma eficaz para pressurizar a cabine durante voo.

[0053] Em várias modalidades, as turbinas das máquinas de ciclo de ar podem ser usadas como uma turbina de arrefecimento para o funcionamento em terra e uma turbina de energia (acionado por ar de saída a partir de uma cabine) em voo. Uma turbina comum (por exemplo, a FIG. 4A) ou turbinas separadas (por exemplo, a FIG. 5A) pode ser usada.

[0054] Em várias modalidades, uma válvula de extinção pode ser fornecida para a alimentação de ar fresco para uma entrada do compressor, quando as temperaturas do ar de entrada de sangria precisam ser temperadas a um nível que permita a utilização de materiais leves (por exemplo, alumínio) no sistema.

[0055] As diversas válvulas de altitude e válvulas dispersoras de altitude são utilizadas para reconfigurar a arquitetura do sistema de pack e meio para baixa impedância (por exemplo, um modo de economia de combustível). Além disso, em algumas modalidades, uma válvula de saída pode controlar um fluxo de ar a partir de uma cabine para as turbinas (por exemplo, turbinas comuns, a FIG. 4A) ou as turbinas de energia (por exemplo, turbinas separadas, FIG. 5A). As válvulas de várias modalidades de controle de temperatura podem ser configuradas para regular a temperatura de saída da turbina.

[0056] O uso dos termos "um(a)" e "o(a)(s)" e referências similares no contexto da descrição (especialmente no contexto das reivindicações abaixo) deve ser interpretado no sentido de abranger tanto o singular quanto o plural, salvo indicado o contrário neste documento ou especificamente contrariado pelo contexto. O modificador "aproximadamente" usado em conexão com uma quantidade é inclusive o valor declarado e ditado o significado pelo contexto, (por exemplo, inclui o grau do erro associado à medida da quantidade particular). Todos os intervalos descritos neste documento incluem os pontos de extremidade, e os pontos de extremidade são independentemente combináveis uns com os outros. Deve ser entendido que os termos posicionais relativos tais como "à frente", "traseira", "superior", "inferior", "acima", "abaixo", e semelhantes, são, com referência à atitude operacional normal e não devem ser considerado de outra maneira limitativos.

[0057] Embora a presente divulgação tenha sido descrita em detalhes em conexão com apenas um número limitado de modalidades, deve ser facilmente entendido que a presente divulgação não está limitada a tais modalidades divulgadas. Em vez disso, a presente divulgação pode ser modificada para incorporar qualquer número de variações, alterações, substituições, combinações, sub combinações ou arranjos equivalentes, até agora não descritos, mas que são comensuráveis com e escopo da presente divulgação. Adicionalmente, embora várias modalidades da presente divulgação tenham sido descritas, deve ser entendido que os aspectos da presente divulgação podem incluir apenas algumas das modalidades descritas.

[0058] Por conseguinte, a presente divulgação não deve ser vista como limitada pela descrição precedente, mas apenas limitada pelo escopo das reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema de controle ambiental de uma aeronave, o sistema de controle ambiental caracterizado pelo fato de que compreende: um módulo ram com um trocador de calor primário e um trocador de calor secundário; um módulo de refrigeração que tem um módulo de máquina de ciclo de ar e um trocador de calor de condensador; e uma primeira válvula dispersora de altitude operável a partir de uma primeira posição em que os trocadores de calor primário e secundário operam em série e uma segunda posição em que os trocadores de calor primário e secundário operam em paralelo, em que o ar a partir dos trocadores de calor primário e secundário é fornecido a (i) trocador de calor condensador quando os trocadores de calor primário e secundário operam em série e (ii) uma cabine da aeronave quando os trocadores de calor primário e secundário operam em paralelo.

2. Sistema de controle ambiental de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os trocadores de calor primário e secundário operam em série quando a aeronave está em terra.

3. Sistema de controle ambiental de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os trocadores de calor primário e secundário operam em paralelo quando a aeronave está em voo.

4. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma segunda válvula de dispersador de altitude operável para direcionar ar a partir dos trocadores de calor primários e secundários para um dos trocadores de calor condensadores e a cabine da aeronave.

5. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de máquina de ciclo de ar compreende uma primeira máquina de ciclo de ar e uma segunda máquina de ciclo de ar, cada máquina de ciclo de ar tendo um respectivo compressor e respectiva turbina.

6. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um coletor de água configurado a jusante do trocador de calor do condensador, o coletor de água configurado para extrair a água do ar fornecido a partir de um dos trocadores de calor condensadores ou do ar de saída da cabine da aeronave.

7. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de máquina de ciclo de ar é alimentado com ar de sangria, que sistema de controle ambiental compreende ainda uma válvula de extinção configurada para controlar fluido a partir do trocador de calor primário, de tal forma que o ar do trocador de calor primário possa ser fornecido para a alimentação de ar fresco para o ar de sangria e condicione o referido ar de sangria.

8. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de máquina de ciclo de ar compreende uma primeira máquina de ciclo de ar e uma segunda máquina de ciclo de ar, cada máquina de ciclo de ar tendo um respectivo compressor, respectiva turbina e respectiva turbina de energia.

9. Sistema de controle ambiental de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as turbinas das primeira e segunda máquinas de ciclo de ar são operadas quando a aeronave está em terra e as turbinas de energia das primeira e segunda máquinas de ciclo de ar são operadas quando a aeronave está em voo.

10. Sistema de qualquer uma das reivindicações 8-9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um coletor de água configurado a jusante do trocador de calor do condensador, em que o coletor de água é configurado para extrair a água do ar fornecido a partir do trocador de calor condensador, quando as turbinas da primeira e segunda máquinas de ciclo de ar são operadas e o colector de água é contornado quando as turbinas de energia das primeira e segunda máquinas de ciclo de ar são operadas.

11. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos uma válvula dispersora exterior configurada para exaustão de ar a partir do módulo de máquina de ciclo de ar exterior quando a aeronave está em voo.

12. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos uma válvula de controle de temperatura configurada para desviar o ar de sangria ao trocador de calor do condensador quando a aeronave está em terra.

13. Sistema de controle ambiental de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende válvula de altitude configurada para controlar um fluxo de ar a partir do módulo de máquina de ciclo de ar para um ou ambos os trocadores de calor do módulo ram.