BR102017007987A2 - Sistema de controle ambiental. - Google Patents

Abstract

trata-se de um sistema. o sistema inclui uma entrada que fornece um primeiro meio; uma entrada que fornece um segundo meio; um dispositivo de compressão que inclui um compressor e uma turbina; e pelo menos um trocador de calor localizado a jusante do compressor. o dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o primeiro meio. a turbina está a jusante do compressor. uma saída do pelo menos um trocador de calor está em comunicação de fluido com uma entrada do compressor e uma entrada da turbina.

Description

(54) Título: SISTEMA DE CONTROLE AMBIENTAL.

(51) Int. Cl.: B64D 13/04; B64D 13/06 (30) Prioridade Unionista: 22/04/2016 US 15/136533 (73) Titular(es): HAMILTON SUNDSTRAND CORPORATION (72) Inventor(es): LOUIS J. BRUNO (74) Procurador(es): KASZNAR LEONARDOS PROPRIEDADE INTELECTUAL (57) Resumo: Trata-se de um sistema. O sistema inclui uma entrada que fornece um primeiro meio; uma entrada que fornece um segundo meio; um dispositivo de compressão que inclui um compressor e uma turbina; e pelo menos um trocador de calor localizado a jusante do compressor. O dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o primeiro meio. A turbina está a jusante do compressor. Uma saída do pelo menos um trocador de calor está em comunicação de fluido com uma entrada do compressor e uma entrada da turbina.

Câmara

100 ^{1 2}

Trocador de		Dispositivo de		Trocador
Primário 110	B	Compressão 120 E	Ç	de Calor Secundário 130	D

/ 34 “SISTEMA DE CONTROLE AMBIENTAL”

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] Em geral, com relação aos sistemas de condicionamento de ar de aeronave presentes, a pressurização e o resfriamento da cabine são alimentados por meio de pressões de sangria do motor em cruzeiro. Por exemplo, o ar pressurizado de um motor da aeronave é fornecido para 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 próprio ar. Como resultado, os sistemas de condicionamento de ar presentes sempre necessitaram de pressões relativamente altas em cruzeiro. Infelizmente, em vista de uma tendência global na indústria aeroespacial para aeronaves mais eficientes, as pressões relativamente altas fornecem eficiência limitada em relação a queima de combustível do motor.

SUMÁRIO [002] De acordo com uma modalidade, um sistema é fornecido. O sistema inclui uma entrada que fornece um primeiro meio; uma entrada que fornece um segundo meio; um dispositivo de compressão que inclui um compressor e uma turbina; e pelo menos um trocador de calor localizado a jusante do compressor. O dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o primeiro meio. A turbina está a jusante do compressor. Uma saída do pelo menos um trocador de calor está em comunicação de fluido com uma entrada do compressor e uma entrada da turbina.

[003] Os recursos e vantagens adicionais são realizados por meio de técnicas das modalidades deste documento. Outras modalidades e aspectos são descritos em detalhes no presente documento e são considerados como uma parte das reivindicações. Para uma melhor compreensão das modalidades com as vantagens e os recursos, consulta-se a descrição e os desenhos.

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BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [004] A matéria é particularmente indicada e distintamente reivindicada nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. Os recursos anteriores e outros recursos e vantagens são evidentes a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conjunto com as Figuras anexas nas quais:

A Figura 1 é um diagrama de uma representação esquemática de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade;

A Figura 2 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade;

A Figura 3 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade;

A Figura 4 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade;

A Figura 5 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade;

A Figura 6 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade; e

A Figura 7 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA [005] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método divulgados é apresentada no presente documento a título de exemplificação e não de limitação com referência às Figuras.

[006] As modalidades no presente documento fornecem um sistema de controle ambiental que aprimora o ar da cabine para aumentar uma pressão de ar de sangria de motor mais baixa que é sangrado num nível de pressão ligeiramente acima da pressão de cabina para, desse modo, fornecer pressurização e resfriamento da cabine numa alta eficiência de queima de

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 9/52 / 34 combustível do motor.

[007] De um modo geral, as modalidades divulgadas no presente documento podem incluir um sistema que compreende um ou mais trocadores de calor e um dispositivo de compressão. Um meio, que flui através dos um ou mais trocadores de calor. O meio pode ser sangrado a partir de um local de baixa pressão de um motor através dos um ou mais trocadores de calor para dentro de uma câmara. O local de baixa pressão do motor fornece o meio num nível de pressão inicial perto de uma pressão do meio, uma vez que está na câmara (por exemplo, pressão de câmara). O meio pode estar ligeiramente acima ou ligeiramente abaixo da pressão de câmara. A sangria do meio numa pressão tão baixa a partir do local de baixa pressão causa menos queima de combustível do que a sangria de ar a partir de um local de pressão mais alta. Ainda, devido ao fato de que o meio está começando neste nível de pressão inicial relativamente baixo e devido ao fato de que uma queda na pressão ocorre ao longo dos um ou mais trocadores de calor, o meio pode cair abaixo da pressão de câmara enquanto o meio estiver fluindo através dos um ou mais trocadores de calor. Quando a pressão do meio estiver abaixo da pressão de câmara, o meio não flui para dentro da câmara para fornecer pressurização e condicionamento de temperatura.

[008] Assim, o dispositivo de compressão, em comunicação com os um ou mais trocadores de calor, é utilizado para regular uma pressão do meio que flui através dos um ou mais trocadores de calor para garantir que haja uma pressão suficiente para fornecer o meio para a câmara. O dispositivo de compressão utiliza o próprio meio como uma fonte de energia para regular a pressão do meio. No entanto, o meio na sangria de nível de pressão inicial a partir do motor por si só pode não fornecer potência suficiente para o dispositivo de compressão assegurar que a pressão do fluido seja impulsionada acima da pressão de câmara para garantir o fluxo do meio para a câmara. O dispositivo de compressão pode ainda incluir uma turbina de

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 10/52 / 34 potência que utiliza o ar de escape da câmara para fornecer potência adicional ao dispositivo de compressão. Deste modo, o dispositivo de compressão com a turbina regula/aumenta a pressão do meio à medida que o mesmo flui através dos um ou mais trocadores de calor para, assim, permitir uma conexão do sistema à fonte de local de baixa pressão do ar de sangria.

[009] Por exemplo, em vista de uma modalidade da aeronave, a máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão) do sistema de condicionamento de ar de cabine (por exemplo, o sistema de controle ambiental) utiliza, como uma fonte de energia, uma pressão de sangria de ar (por exemplo, o ar de sangria, que pode ser denominado como o ar exterior ou ar fresco) de um motor de uma aeronave. A turbina é adicionada à máquina de ciclo de ar de uma aeronave e pode utilizar, como fonte de energia, uma pressão de ar num compartimento de carga, cabine ou na cabine de pilotagem (por exemplo, pressão de cabine em geral) para fornecer potência complementar à máquina de ciclo de ar. As fontes de energia combinadas são utilizadas para preparar o ar de sangria através da máquina de ciclo de ar de modo que o sistema de condicionamento de ar de cabine possa utilizar o ar de sangria do motor da aeronave no nível de pressão inicial descrito acima, isto é, um nível de pressão ligeiramente acima ou abaixo da pressão de cabine. Os exemplos de valores do nível de pressão inicial incluem os níveis de pressão maiores que 34,47 kPa (5 psia) acima da pressão de cabine, em 34,47 kPa (5 psia), ou entre a pressão de cabine e 34,47 kPa (5 psia) (por exemplo, a pressão de cabine está, em geral, em 82,73 kPa (12 psia)).

[0010] A Figura 1 ilustra um sistema 100 com um meio (por exemplo, ar) que flui a partir de uma entrada 101 para uma câmara 102. No sistema 100, o fluido flui a partir da entrada 101 para um trocador de calor primário 110 (por exemplo, seta sólida A), a partir do trocador de calor primário 110 para um dispositivo de compressão 120 (por exemplo, seta sólida B), a partir do dispositivo de compressão 120 para um trocador de calor secundário 130

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 11/52 / 34 (por exemplo, seta sólida C), e do trocador de calor secundário 130 para a câmara 102 (por exemplo, seta sólida D).

[0011] O meio, em geral, pode ser ar, enquanto outros exemplos incluem gases, líquidos, sólidos fluidizados ou pastas aquosas. Quando o meio estiver sendo fornecido a partir da câmara 102 do sistema 100, o meio é denominado no presente documento como ar recirculado. Quando o meio estiver sendo fornecido por um motor conectado ao sistema 100, como a partir da entrada 101, o meio pode ser denominado no presente documento como ar de sangria Em respeito ao ar de sangria, um local de baixa pressão do motor (ou uma unidade de potência auxiliar) pode ser utilizado para fornecer o meio num nível de pressão inicial próximo de uma pressão do meio, uma vez que o mesmo esteja na câmara 102 (por exemplo, a pressão de câmara, também denominada como pressão de cabine no exemplo da aeronave).

[0012] Numa modalidade, o sistema 100 é qualquer sistema de controle ambiental de um veículo, como uma aeronave ou embarcação, que fornece abastecimento de ar, controle térmico e pressurização de cabine para uma tripulação e passageiros do veículo (por exemplo, um sistema de condicionamento de ar de cabine de uma aeronave). O sistema também pode incluir resfriamento de aviônicos, detecção de fumaça e supressão de chamas. Por exemplo, numa aeronave, o ar é fornecido ao sistema de controle ambiental por ser sangrado de um estágio de compressor de um motor de turbina a gás. A temperatura e a pressão deste ar de sangria variam amplamente dependendo de qual estágio de compressor e das rotações por minuto do motor de turbina a gás. Para atingir a temperatura desejada, o ar de sangria é resfriado à medida que o mesmo passa através de pelo menos um trocador de calor (por exemplo, trocadores 110, 130). Para obter a pressão desejada, o ar de sangria é comprimido à medida que ele passa através de um dispositivo de compressão (por exemplo, dispositivo de compressão 120). [0013] Em relação ao veículo que é uma aeronave, o sistema 100 é

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 12/52 / 34 um sistema de controle ambiental que fornece ar pressurizado (por exemplo, um meio) a qualquer ambiente, tal como uma cabine (por exemplo, câmara 102) e cabine de pilotagem de uma aeronave, tanto para conforto quanto para pressurização. O ar pressurizado fornecido pelo ECS pode se originar de um estágio de compressor de um motor (por exemplo, por meio de um sistema de sangria de ar) e/ou diretamente a partir do ar exterior (por exemplo, através de um sistema de ar com pressão dinâmica). A interação do ECS com o motor num sistema de ar de sangria influencia no quanto de queima de combustível pelo motor é necessário para realizar operações, tais como fornecer ar pressurizado, relativas a essa interação. Por exemplo, num sistema de ar de sangria de uma aeronave, o ar é extraído de um núcleo de motor num local de estágio pré-definido numa região de compressor de motor do núcleo de motor para fornecer o ar de resfriamento para uma cabina da aeronave.

[0014] Os trocadores de calor (por exemplo, um trocador de calor primário 110 e um trocador de calor secundário 130) são equipamentos construídos para transferência de calor eficiente de um meio para outro. Os exemplos de trocadores de calor incluem trocadores de calor de duplo tubo, casco e tubo, placa, placa e casco, roda adiabática, aleta de placa, placa de travesseiro e fluido. Continuando com o exemplo de aeronave acima, o ar forçado por uma ventoinha (por exemplo, via métodos de empurrar ou puxar) é soprado através do trocador de calor num fluxo de ar de resfriamento variável para controlar a temperatura do ar final do ar de sangria.

[0015] O dispositivo de compressão 120 (por exemplo, uma máquina de ciclo de ar, como descrito abaixo) é um dispositivo mecânico que controla e manipula o meio (por exemplo, aumentando a pressão do ar de sangria). Os exemplos de um compressor incluem compressores centrífugos, de fluxo diagonal ou misto, de fluxo axial, alternativos, de pistão de líquido iônico, de parafuso rotativo, de palheta rotativa, espirais, de diafragma, de bolha de ar. Além disso, os compressores são tipicamente acionados por um motor, um

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 13/52 / 34 motor elétrico ou o meio (por exemplo, ar de sangria, ar de descarga de câmara e/ou de recirculação) por meio de uma turbina a vapor ou a gás.

[0016] Em operação, o trocador de calor primário 110 do sistema 100 recebe (por exemplo, seta A) um meio numa primeira pressão e primeira temperatura. O trocador de calor primário 110 resfria, então, o meio, o que diminui a primeira pressão para uma segunda pressão.

[0017] Em seguida, o meio é comunicado (por exemplo, seta B) para o dispositivo de compressão 120 que regula uma pressão de um meio que flui no sistema 100, eleva a segunda pressão do meio para uma terceira pressão, que tem um valor maior do que a segunda pressão. Portanto, no sistema 100, o dispositivo de compressão 120 reforça a pressão do meio à medida que o mesmo sai do trocador de calor primário 110 (por exemplo, seta B), para que o trocador de calor secundário 130 possa receber o meio em sua entrada numa pressão maior (por exemplo, seta C). Como mostrado na Figura 1, o dispositivo de compressão 120 inclui uma turbina 142 que utiliza o escape da câmara 102 (por exemplo, seta E) para fornecer energia adicional para o dispositivo de compressão 120.

[0018] Deve ser entendido que uma modalidade do trocador de calor único poderia ser implantada de acordo com o sistema 100 acima, em que o compressor aumenta a pressão do meio antes ou depois do meio fluir através do trocador de calor único.

[0019] Voltando à Figura 1, o meio é, então, comunicado (por exemplo, seta C) para o trocador de calor secundário 130 que resfria o meio novamente, antes do meio sair (por exemplo, seta D) para a câmara 102.

[0020] Em relação a um exemplo de aeronave, a Figura 1 é discutida abaixo. Em geral, o ar de sangria de um local de baixa pressão causa menos queima de combustível do que o ar de sangria de um local de alta pressão. No entanto, devido ao fato de que ocorre uma queda da pressão através do sistema 100, quando o ar é sangrado a partir de um local de baixa pressão, o

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 14/52 / 34 ar de sangria que flui a partir da entrada 101 para a câmara 102 observará uma queda de pressão interna abaixo de uma pressão final (a pressão necessária para fluir para a câmara). Se a pressão do ar no sistema 100 cair abaixo de uma pressão que é desejada na câmara 102 (por exemplo, a pressão final), então, o sistema 100 deixará de fornecer o ar de sangria para a câmara 102 e, por sua vez, para a cabine da aeronave. Isso se deve ao fato de que o dispositivo de compressão 220 é empregado pelo sistema 100, para garantir que o ar de sangria seja aumentado acima da pressão final antes de ser passado para o trocador de calor secundário 130 e para a câmara 102.

[0021] Além disso, o sistema 100 pode ser projetado para ter eficiências ainda mais elevadas de queima de combustível através da extração de ar de sangria de um local de baixa pressão do motor em que a pressão está a um nível ligeiramente acima da pressão desejada na câmara de 102 (por exemplo, a pressão final). Conforme indicado acima, devido ao fato de que a fonte de energia para o sistema 100 ser o próprio ar de sangria, o ar de sangria neste local de baixa pressão do motor não pode fornecer potência suficiente para o dispositivo de compressão 120 para impulsionar o ar de sangria acima da pressão final antes de ser passado para o trocador de calor secundário. Deste modo, a turbina 142 é adicionada ao dispositivo de compressão 120 e o ar da câmara 102 é utilizado para acionar a turbina 124, de modo que a potência complementar seja fornecida para o dispositivo de compressão 120. Isto quer dizer que turbina 142 aumenta a potência disponível para o dispositivo de compressão 120, através da extração de potência do gradiente de pressão entre o ar dentro da câmara 102 e a pressão do ar ambiente no exterior da câmara 102.

[0022] Deste modo, o ar da câmara 102 além do ar de sangria é utilizado para acionar o dispositivo de compressão 120, de modo que a mais alta eficiência de combustível possa ser obtida devido ao ar de sangria que é sangrado a partir da localização de pressão mais baixa possível do motor (por

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 15/52 / 34 exemplo, num nível ligeiramente acima da típica pressão de cabine, por exemplo, como 6,98 kPa (1 psig) ou mais). Pode ser possível, em algumas configurações do sistema, sangrar o ar do motor abaixo da pressão necessária para pressurizar a cabine (por exemplo, -6,98 kPa (-1 psig)), e usando da energia extraída a partir do próprio ar de sangria e da energia extraída do gradiente de pressão de cabine para o ambiente externo, aumentar a pressão no ar de sangria com o uso do compressor para fornecer o ar pressurizado para a cabine.

[0023] O sistema 100 da Figura 1 será descrito, agora, com referência às Figuras 2 a 3, em vista do exemplo de aeronave acima. A Figura 2 ilustra um sistema de controle ambiental 200 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100) que inclui, além dos itens anteriormente descritos da Figura 1, um invólucro 201, uma válvula 208, o dispositivo de compressão 120 (que inclui uma turbina de potência 242, uma turbina 244, um compressor 245, uma ventoinha 248, e um eixo 249), um terceiro trocador de calor 250 e um extrator de água 260, cada um dos quais é conectado por meio de tubos, canos, dutos e semelhantes, de modo que o ar de sangria seja aceito na entrada

101 a partir de um local de baixa pressão de um motor de uma aeronave numa taxa de fluxo, pressão e temperatura iniciais e fornecido para a câmara 102 (por exemplo, cabine, cabine de pilotagem, etc.) numa taxa de fluxo, pressão e temperatura finais. Deste modo, as credenciais do ar de sangria na câmara

102 (por exemplo, a taxa de fluxo, pressão e temperatura finais) permitem que a aeronave receba o ar pressurizado e resfriado do sistema de controle ambiental 200.

[0024] O sistema de controle ambiental 200 é um exemplo de um sistema de controle ambiental de uma aeronave que fornece abastecimento de ar, controle térmico e pressurização de cabine para tripulação e os passageiros da aeronave. O invólucro 201 é um exemplo de uma câmara de pressão dinâmica de um sistema de pressão dinâmica que utiliza a pressão dinâmica

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 16/52 / 34 do ar criada por uma aeronave em movimento para aumentar a pressão estática do ar no interior do invólucro.

[0025] As válvulas como a válvula 208 são dispositivos que regulam, direcionam e/ou controlam um fluxo de um meio (por exemplo, gases, líquidos, sólidos fluidizados ou pastas fluidas, como ar de sangria) através da abertura, fechamento ou obstrução parcial de várias passagens dentro dos tubos, canos, etc., do sistema de controle ambiental 200. As válvulas podem ser operadas por meio de atuadores de modo que as taxas de fluxo de qualquer meio em qualquer porção do sistema de controle ambiental 200 possam ser reguladas para um valor desejado. Por exemplo, a válvula 208 permite a admissão de ar ambiente externo à aeronave no invólucro 201, de modo que o ar ambiente possa atravessar o primeiro e o segundo trocadores de calor e resfriar o ar de sangria antes da saída como um escape (por exemplo, o método de admissão pode ser um método de puxamento por uma ventoinha 248 acionada pelo eixo 249 do dispositivo de compressão 120 ou um método de pressão dinâmica conforme descrito acima).

[0026] O dispositivo de compressão 120 pode ser uma máquina de ciclo de ar que controla e manipula o meio (por exemplo, aumentando a pressão de ar de sangria). A turbina 244 é um dispositivo mecânico que aciona o compressor 245 e uma ventoinha 248 por meio do eixo 249. O compressor 245 é um dispositivo mecânico, que regula uma pressão do ar de sangria recebido a partir do primeiro trocador de calor. A ventoinha 248 é um dispositivo mecânico que força através dos métodos de empurrar ou puxar o ar através do invólucro 201 através dos trocadores de calor num fluxo de ar de resfriamento variável. A turbina 244, o compressor 245 e a ventoinha 248, juntos, regulam a pressão e ilustram, por exemplo, que a máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 120) pode operar como uma máquina de ciclo de ar de três rodas. Por sua vez, a máquina de ciclo de ar de três rodas inclui a adição da turbina de potência 242 que utiliza o escape da

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 17/52 / 34 câmara 102 (por exemplo, seta E) para fornecer potência adicional ao dispositivo de compressão 120. Note-se que a adição da turbina não muda a máquina de ciclo de ar de três rodas para um ciclo de condensação de quatro rodas, devido ao fato de que as duas turbinas 242, 244 estão em série e o ciclo de condensação de quatro rodas não usa o escape da câmara 102 como uma fonte de energia para acionar o ciclo. O escape da câmara 102 é, então, encaminhado para a saída 299 (por exemplo, liberado para o ar ambiente). Nota-se que o dispositivo de compressão 120 pode ser conhecido como um pacote de condicionamento de ar ou um pacote para realizar o trabalho termodinâmico. Numa modalidade, o pacote também pode começar numa válvula de controle de fluxo de massa na entrada 101 e concluir à medida que o ar sai para a câmara 102.

[0027] O trocador de calor 250 é um exemplo de um trocador de calor conforme descrito acima. O extrator de água 260 é um dispositivo mecânico que realiza um processo de tirar água de qualquer fonte, tal como ar de sangria, temporária ou permanentemente.

[0028] Em vista do exposto acima, nota-se que o local das turbinas

142, 242 pode variar. A Figura 3 ilustra um sistema de controle ambiental 300 (por exemplo, uma outra modalidade do sistema 100) que inclui, além dos itens anteriormente descritos das Figuras 1 e 2, uma turbina de potência 342 colocada idealmente em relação a uma parede do invólucro 201. Neste sentido, por exemplo, a colocação da turbina de potência ideal em máquinas de ciclo de ar de três e quatro rodas fornecerá absorção de potência de ventoinha reduzida em altitude aumentando o fluxo da ventoinha 248 e adicionando pré-redemoinho a uma entrada de rotor da ventoinha fornecendo, desse modo, um reforço de pressão intensificada; remoção de exigências de tubagem de descarga de escape da turbina de potência; eliminando possíveis problemas de congelamento de escape de turbinas de potência; assegurando um comprimento mínimo de máquina de ciclo de ar num pacote compacto;

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 18/52 / 34 fornecendo o resfriamento de rotor de turbina de potência devido à baixa pressão estática de ventoinha quando a turbina de potência for desligada durante a operação em solo (extração de fluxo de resfriamento da cabine); etc. [0029] As modalidades adicionais das turbinas 142, 242, 342 podem incluir uma máquina de ciclo de ar com uma disposição de turbina de potência axial adicionada a um ciclo de três rodas (por exemplo, turbinas, compressor, turbina de potência e disposição de ventoinha), um ciclo de quatro rodas (por exemplo, segunda turbina, primeira turbina, compressor, turbina de potência e disposição de ventoinha), etc., em que uma turbina de potência axial utiliza e descarrega para a pressão ambiente o escape da câmara 102. Esta modalidade inclui os benefícios da turbina de potência axial tendo um impacto mínimo num comprimento da máquina de ciclo de ar (por exemplo, possibilitando um pacote compacto) e a descarga de turbina de potência axial para uma entrada da ventoinha de pressão dinâmica (por exemplo, aumenta o fluxo da ventoinha e o pré-redemoinho da entrada da ventoinha da turbina, o escape reduz a absorção de potência da ventoinha em altitude, reduz os requisitos de pressão de sangria, a tubagem de escape de turbina não é necessária, o congelamento da saída de turbina é evitado com o ar quente da ventoinha).

[0030] As modalidades adicionais das turbinas 142, 242, 342 podem incluir uma máquina de ciclo de ar com uma disposição de turbina de potência radial adicionada a um ciclo de três rodas (por exemplo, turbina, compressor, turbina de potência e disposição de ventoinha), um ciclo de quatro rodas (por exemplo, segunda turbina, primeira turbina, compressor, turbina de potência e disposição de ventoinha), etc., em que a turbina de potência radial utiliza e descarrega para a pressão ambiente o escape da câmara 102. Esta modalidade inclui os benefícios da ventoinha de turbina de ponta e reduz um comprimento da máquina de ciclo de ar (por exemplo, possibilitando um pacote compacto).

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 19/52 / 34 [0031] As modalidades adicionais das turbinas 142, 242, 342 podem incluir uma máquina de ciclo de ar com uma disposição de ventoinha de turbina de potência de ponta adicionada a um ciclo de três rodas (por exemplo, turbina, compressor e turbina de potência/disposição de ventoinha), um ciclo de quatro rodas (por exemplo, segunda turbina, primeira turbina, compressor e turbina de potência/disposição de ventoinha), etc., em que a ventoinha de turbina de potência de ponta utiliza e descarrega para a pressão ambiente o escape da câmara 102. Esta modalidade inclui os benefícios da turbina de potência radial que tem custo mínimo (por exemplo, possibilitando um pacote de baixo custo), a descarga da turbina de potência radial para uma entrada da ventoinha de pressão dinâmica, juntamente com o resfriamento do rotor de turbina de potência durante a operação em solo.

[0032] O sistema 100 da Figura 1 será descrito agora com referência à

Figura 4, em vista do exemplo de aeronave. A Figura 4 retrata uma representação esquemática de um sistema 400 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100) como o mesmo poderia ser instalado numa aeronave.

[0033] O sistema 200 será descrito, agora, com relação a um sistema de controle ambiental acionado por ar de sangria convencional de uma aeronave que utiliza um sistema de condicionamento de ar de três rodas de cabine contemporâneo. O sistema de controle ambiental de ar acionado por ar de sangria convencional recebe o ar de sangria numa pressão entre 206,84 kPa (30 psia) (por exemplo, durante o cruzeiro) e 310,26 kPa (45 psia) (por exemplo, sobre o solo). No sistema de controle ambiental de ar acionado por ar de sangria convencional, durante a operação em solo em dia quente, um compressor centrífugo do sistema de condicionamento de ar de três rodas de cabine contemporâneo recebe quase todo o fluxo do ar de sangria numa pressão de cerca de 310,26 kPa (45 psia). Além disso, durante a operação em cruzeiro em dia quente, o compressor centrífugo do sistema de condicionamento de ar de três rodas de cabine contemporânea recebe apenas

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 20/52 / 34 uma porção do fluxo do ar de sangria numa pressão de 206,84 kPa (30 psia). O restante do ar de sangria desvia do compressor centrífugo através da válvula de desvio do sistema de condicionamento de ar de três rodas de cabine contemporâneo e é enviado para a cabine.

[0034] Em contrapartida com o sistema de controle ambiental acionado por ar de sangria convencional que utiliza o sistema de condicionamento de ar de três rodas de cabine contemporâneo, o sistema 400 é um exemplo de um sistema de controle ambiental de uma aeronave que fornece abastecimento de ar, o controle térmico e pressurização para a tripulação e para os passageiros da aeronave numa alta eficiência de queima de combustível do motor. O sistema 400 ilustra o ar de sangria que flui para dentro da entrada 401 (por exemplo, fora de um motor de uma aeronave numa taxa de fluxo, pressão, temperatura e umidade iniciais) que, por sua vez, é fornecido para uma câmara 402 (por exemplo, cabine, cabine de pilotagem, etc.) numa taxa de fluxo, pressão, temperatura e umidade finais. O ar de sangria pode recircular de volta através do sistema 400 a partir da câmara 402 (no presente documento, o ar de descarga de cabine e o ar de recirculação são representados pelas linhas pontilhadas e tracejadas D1 e D2, respectivamente) para acionar e/ou auxiliar o sistema 400.

[0035] O sistema inclui um invólucro 410 para receber e conduzir o ar de pressão dinâmica através do sistema 400. Nota-se que, com base na modalidade, um escape do sistema 400 pode ser enviado para uma saída (por exemplo, liberado para o ar ambiente através do invólucro 410). Nota-se também que o sistema 400 pode funcionar com pressões de sangria próximas de uma pressão da câmara durante o cruzeiro.

[0036] O sistema 400 ilustra ainda válvulas V1-V7, um trocador de calor, 420, uma máquina de ciclo de ar 440 (que inclui uma turbina 443, um compressor 444, uma turbina 445, uma ventoinha 448 e um eixo 449), um condensador 460, um extrator de água 470 e uma ventoinha de recirculação

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480, cada um dos quais está conectado por meio de tubos, canos e semelhantes. Nota-se que o trocador de calor de 420 é um exemplo de um dos trocadores de calor 110, 130, conforme descrito acima. Além disso, numa modalidade, o trocador de calor 420 pode ser o trocador de calor secundário 130 que está a jusante do trocador de calor primário 110 (não mostrado). Nota-se, também, que a máquina de ciclo de ar 440 é um exemplo do dispositivo de compressão 120 conforme descrito acima.

[0037] A máquina de ciclo de ar 440 extrai ou funciona no meio ao aumentar e/ou diminuir a pressão e ao aumentar e/ou diminuir a temperatura. O compressor 444 é um dispositivo mecânico que eleva a pressão do ar de sangria recebido da entrada 401. As turbinas 443, 445 são dispositivos mecânicos que acionam o compressor 444 e a ventoinha 448 por meio do eixo 449. A ventoinha 448 é um dispositivo mecânico que pode forçar por meio de métodos de empurrar ou puxar o ar através do invólucro 410 através do trocador de calor secundário 420 num fluxo de ar de resfriamento variável. Assim, as turbinas 443, 445, o compressor 444 e a ventoinha 448 juntos ilustram, por exemplo, que a máquina de ciclo de ar 440 pode operar como uma máquina de ciclo de ar quatro rodas que utiliza ar recirculado ou descarregado da câmara 402 (por exemplo, numa modalidade, a máquina de ciclo de ar 440 utiliza o ar de descarga de câmara para realizar operações de compressão, conforme indicado pela linha pontilhada e tracejada D1).

[0038] O condensador 460 é o tipo específico de trocador de calor. O extrator de água 470 é um dispositivo mecânico que realiza um processo de tirar água de qualquer fonte, como o ar de sangria. A ventoinha de recirculação 480 é um dispositivo mecânico que pode forçar por meio do método de empurrar o ar de recirculação para o sistema 400, conforme indicado pela seta pontilhada e tracejada D2.

[0039] Num modo de operação de alta pressão do sistema 400, o ar de alta temperatura e alta pressão é recebido da entrada 401 através da válvula

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V1. O ar de alta temperatura e alta pressão entra no compressor 444. O compressor 444 pressuriza o ar de alta pressão e alta temperatura e aquece o mesmo no processo. Este ar entra, então, no trocador de calor 420 e é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para produzir o ar de alta pressão frio (por exemplo, em temperatura aproximadamente ambiente). Este ar de alta pressão frio entra no condensador 460 e no extrator de água 470, onde o ar é resfriado e a umidade é removida. O ar de alta pressão frio entra na turbina 443, onde o mesmo é expandido e o extraído para trabalho. O trabalho da turbina 443 pode acionar tanto o compressor 444 quanto a ventoinha 448. A ventoinha 448 é usada para puxar um fluxo de ar de pressão dinâmica através do trocador de calor 420. Também, se expandindo e extraindo o trabalho no ar de alta pressão frio, a turbina 443 produz o ar de sangria frio. Após deixar a turbina 443, o ar de sangria frio é misturado num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através das válvulas de V6 e V7. O ponto de mistura, neste caso, pode ser denominado como a jusante do dispositivo de compressão 440, a jusante do compressor 444, a jusante da turbina 443 e/ou a montante de um lado de baixa pressão do condensador 460. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. Ao misturar o ar de sangria frio com o ar de recirculação, o sistema 400 utiliza o ar de recirculação, que é morno e úmido, para nivelar o ar de sangria frio (por exemplo, elevar a temperatura). Este ar de sangria nivelado, por sua vez, entra num lado de baixa pressão do condensador 460, resfria o ar de sangria no lado de alta pressão do condensador 460 e é enviado para condicionar a câmara 402.

[0040] Nota-se que quando se opera no modo de alta pressão, é possível que o ar que deixa o compressor 444 exceda uma temperatura de autoignição de combustível (por exemplo, 204,4°C (400°F) para o estado estacionário e 232,22°C (450°F) para o transitório). Nesta situação, o ar de uma saída do trocador de calor 420 é conduzido pela válvula V2 para uma

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 23/52 / 34 entrada do compressor 444. Isto diminui uma temperatura de entrada do ar que entra na entrada do compressor 444 e, como resultado, o ar que sai do compressor 444 está abaixo da temperatura de autoignição de combustível. [0041] O modo de operação de alta pressão pode ser usado em condições de voo quando a pressão do motor for adequada para acionar o ciclo ou quando uma temperatura da câmara 402 exigir isso. Por exemplo, as condições, como parado em solo, taxiagem, decolagem, subida e condições de manutenção, fariam a máquina de ciclo de ar 440 operar num modo de alta pressão. Além disso, as condições de cruzeiro em alta altitude com temperatura extrema poderiam resultar na máquina de ciclo de ar 440 operando no modo de alta pressão.

[0042] Num modo de operação de baixa pressão, o ar de sangria da entrada de 401 desvia da máquina de ciclo de ar 440 por meio da válvula V3 e mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através das válvulas de V6 e V7 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, pode ser denominado como a jusante do dispositivo de compressão 440, a jusante do compressor 444 e/ou a montante do trocador de calor 420. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. O ar misturado passa diretamente através do trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402, para produzir ar frio. O ar frio, então, vai diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V5. Além disso, o ar de descarga D1 da câmara é usado para manter a máquina de ciclo de ar 440 girando numa velocidade mínima. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. Este trabalho é utilizado para girar a máquina de ciclo de ar 440, por exemplo, numa velocidade mínima de aproximadamente 6.000 rpm. O ar que sai da turbina 445 é, então, descartado

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 24/52 / 34 para fora de bordo através do invólucro 410.

[0043] O modo de baixa pressão pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é maior do que cerca de 6,89 kPa (1 psi) acima da pressão da câmara (por exemplo, condições em cruzeiro onde as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão). [0044] Num modo de operação de pressão de reforço, o ar de sangria da entrada 401 entra no compressor 444, onde o mesmo é comprimido e aquecido. O ar comprimido e aquecido do compressor 444 se mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através das válvulas V6 e V7 para produzir ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, pode ser denominado como a jusante do dispositivo de compressão 440, a jusante do compressor 444 e/ou a montante do trocador de calor 420. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. O ar misturado entra no trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402 para produzir ar frio. O ar frio, então, vai diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V5. Além disso, o ar de descarga D1 da cabine é usado para fornecer a energia para pressurizar o ar de sangria que entra no compressor 444. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. A quantidade de trabalho extraído pela turbina 445 é suficiente para girar a máquina de ciclo de ar 440 na velocidade necessária pelo compressor 444 para elevar uma pressão do ar de sangria para um valor que pode conduzir o ar de sangria através do trocador de calor 420 e para a câmara 402.

[0045] O modo de pressão de reforço pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é tão baixa quanto 17,23 kPa (2,5 psi) abaixo da pressão de câmara (por

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 25/52 / 34 exemplo, condições em cruzeiro em que as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão). [0046] O sistema 100 da Figura 1 será descrito agora com referência à

Figura 5, em vista do exemplo de aeronave. A Figura 5 retrata uma representação esquemática de um sistema 500 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100) conforme o mesmo poderia ser instalado numa aeronave. Os componentes do sistema 500 que são semelhantes ao sistema 400 foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema 500 incluem uma válvula V8, um reaquecedor 550, um condensador 560 e um extrator de água 570, juntamente com um caminho alternativo para o ar de recirculação denotado pela linha pontilhada e tracejada D3.

[0047] O reaquecedor 550 e o condensador 560 são tipos específicos de trocador de calor. O extrator de água 570 é um dispositivo mecânico que realiza um processo de tirar água de qualquer fonte, como o ar de sangria. Juntos, o reaquecedor 550, o condensador 560 e/ou o extrator de água 570 podem se combinar para serem um separador de água de alta pressão.

[0048] Num modo de operação de alta pressão, o ar de alta temperatura e alta pressão é recebido da entrada 401 através da válvula V1. O ar de alta temperatura e alta pressão entra no compressor 444. O compressor 444 pressuriza o ar de alta pressão e alta temperatura e aquece o mesmo no processo. Este ar entra, então, no trocador de calor 420 e é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para produzir o ar de alta pressão frio (por exemplo, em temperatura aproximadamente ambiente). Este ar de alta pressão frio entra no reaquecedor 550, onde é resfriado; através do condensador 560, onde é resfriado pelo ar da turbina 443; através do extrator de água 570, onde a umidade no ar é removida; e, novamente, para o reaquecedor 550, onde o ar é aquecido até aproximadamente uma temperatura de entrada no reaquecedor 550. A o ar de alta pressão aquecido e agora seco entra na turbina 443, onde o

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 26/52 / 34 mesmo é expandido e o trabalho é extraído. O trabalho da turbina 443 pode acionar tanto o compressor 444 quanto a ventoinha 448. A ventoinha 448 é usada para puxar o fluxo de ar de pressão dinâmica através do trocador de calor 420. Após deixar a turbina 443, o ar frio, tipicamente abaixo de congelamento, resfria o ar úmido e morno no condensador 560. A jusante do condensador 560, o ar frio que deixa a máquina de ciclo de ar 440 se mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D3 fornecido pela ventoinha 480 através da válvula V8 para produzir ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, pode ser denominado como a jusante do dispositivo de compressão 440, a jusante do compressor 444, a jusante do trocador de calor 420 e/ou a jusante da turbina 443. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. Numa modalidade, o ponto de mistura pode ser colocado do lado de fora do pacote e, portanto, a jusante do pacote. Este ar misturado, então, é enviado para condicionar a câmara 402.

[0049] Nota-se que quando se opera no modo de alta pressão, é possível que o ar que deixa o compressor 444 exceda uma temperatura de autoignição de combustível (por exemplo, 204,44°C (400°F) para o estado estacionário e 232,22°C (450°F) para o transitório). Nesta situação, o ar de uma saída da primeira passagem do trocador de calor 420 é canalizado pela válvula V2 para uma entrada do compressor 444. Isto diminui uma temperatura de entrada do ar que entra na entrada do compressor 444 e, como resultado, o ar que sai do compressor 444 está abaixo da temperatura de autoignição de combustível.

[0050] O modo de operação de alta pressão pode ser usado em condições de voo quando a pressão do motor for adequada para acionar o ciclo ou quando uma temperatura da câmara 402 exigir isso. Por exemplo, as condições, como parado em solo, taxiagem, decolagem, subida e condições de manutenção, fariam a máquina de ciclo de ar 440 operar num modo de alta

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 27/52 / 34 pressão. Além disso, as condições de cruzeiro em alta altitude com temperatura extrema poderiam resultar na máquina de ciclo de ar 440 operando no modo de alta pressão.

[0051] Num modo de operação de baixa pressão, o ar de sangria da entrada de 401 desvia da máquina de ciclo de ar 440 por meio da válvula V3 e mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através da válvula V6 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, pode ser denominado como a jusante do dispositivo de compressão 440 e/ou a montante do trocador de calor 420. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. O ar misturado passa diretamente através do trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402 para produzir ar frio. O ar frio, então, vai diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V5. Além disso, o ar de descarga D1 da câmara é usado para manter a máquina de ciclo de ar 440 girando numa velocidade mínima. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. Este trabalho é utilizado para girar a máquina de ciclo de ar 440, por exemplo, numa velocidade mínima de aproximadamente 6.000 rpm. O ar que sai da turbina 445 é, então, descartado para fora de bordo através do invólucro 410.

[0052] O modo de baixa pressão pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é maior do que cerca de 6,89 kPa (1 psi) acima da pressão da câmara (por exemplo, condições em cruzeiro onde as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão). [0053] Num modo de operação de pressão de reforço, o ar de sangria da entrada 401 entra no compressor 444, onde o mesmo é comprimido e aquecido. O ar comprimido e aquecido do compressor 444 se mistura num

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 28/52 / 34 ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através da válvula V6 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, está a jusante do compressor 444 e/ou a montante do pelo menos um trocador de calor 420. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. O ar misturado entra no trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402 para produzir ar frio. O ar frio, então, vai diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V5. Além disso, o ar de descarga D1 da cabine é usado para fornecer a energia para pressurizar o ar de sangria que entra no compressor 444. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. A quantidade de trabalho extraído pela turbina 445 é suficiente para girar a máquina de ciclo de ar 440 na velocidade necessária pelo compressor 444 para elevar uma pressão do ar de sangria para um valor que pode conduzir o ar de sangria através do trocador de calor 420 e para a câmara 402. [0054] O modo de pressão de reforço pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é tão baixa quanto 17,23 kPa (2,5 psi) abaixo da pressão de câmara (por exemplo, condições em cruzeiro em que as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão). [0055] O sistema 100 da Figura 1 será descrito agora com referência à

Figura 6, em vista do exemplo de aeronave. A Figura 6 retrata um esquemático de um sistema 600 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100) conforme o mesmo poderia ser instalado numa aeronave. Os componentes do sistema 500 que são semelhantes ao sistema 400 e ao sistema 500 foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos. Um componente alternativo do sistema 600 é uma válvula V9, juntamente com os caminhos alternativos

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 29/52 / 34 descritos.

[0056] Num modo de operação de alta pressão, o ar de alta temperatura e alta pressão é recebido da entrada 401 através da válvula V1. O ar de alta temperatura e alta pressão entra no compressor 444. O compressor 444 pressuriza o ar de alta pressão e alta temperatura e aquece o mesmo no processo. Este ar entra, então, numa primeira passagem do trocador de calor 420 e é resfriado pelo ar de pressão dinâmica. O ar que sai da primeira passagem do trocador de calor 420 entra, então, na segunda passagem do trocador de calor 420 e é ainda resfriado para produzir o ar de alta pressão frio. Este ar de alta pressão frio entra através da válvula V9 do condensador 460 e do extrator de água 470, onde o ar é resfriado e a umidade removida. O ar de alta pressão frio entra na turbina 443, onde o mesmo é expandido e o extraído para trabalho. O trabalho da turbina 443 pode acionar tanto o compressor 444 quanto a ventoinha 448. A ventoinha 448 é usada para puxar o fluxo de ar de pressão dinâmica através do trocador de calor 420. Também, por meio da expansão e extração de trabalho, a turbina 443 produz o ar de sangria frio. Após deixar a turbina 443, o ar de sangria frio é misturado num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através das válvulas de V6 e V7. O ponto de mistura, neste caso, está a jusante do dispositivo de compressão 440, o qual também pode ser denominado como a jusante do compressor 444 e/ou a jusante da primeira turbina 443. Ao misturar o ar de sangria frio com o ar de recirculação, o sistema 400 utiliza o ar de recirculação, que é morno e úmido, para nivelar o ar de sangria frio (por exemplo, elevar a temperatura). Este ar de sangria nivelado, por sua vez, entra no lado de baixa pressão do condensador 460, resfria o ar de sangria no lado de alta pressão do condensador 460 e é enviado para condicionar a câmara 402.

[0057] Nota-se que quando se opera no modo de alta pressão, é possível que o ar que deixa o compressor 444 exceda uma temperatura de

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 30/52 / 34 autoignição de combustível (por exemplo, 204,44°C (400°F) para o estado estacionário e 232,22°C (450°F) para o transitório). Nesta situação, o ar de uma saída da primeira passagem do trocador de calor 420 é canalizado pela válvula V2 para uma entrada do compressor 444. Isto diminui uma temperatura de entrada do ar que entra na entrada do compressor 444 e, como resultado, o ar que sai do compressor 444 está abaixo da temperatura de autoignição de combustível.

[0058] O modo de operação de alta pressão pode ser usado em condições de voo quando a pressão do motor for adequada para acionar o ciclo ou quando uma temperatura da câmara 402 exigir isso. Por exemplo, as condições, como parado em solo, taxiagem, decolagem, subida e condições de manutenção, fariam a máquina de ciclo de ar 440 operar num modo de alta pressão. Além disso, as condições de cruzeiro em alta altitude com temperatura extrema poderiam resultar na máquina de ciclo de ar 440 operando no modo de alta pressão.

[0059] Num modo de operação de baixa pressão, o ar de sangria da entrada 401 desvia da máquina de ciclo de ar 440 através da válvula V3 e passa diretamente através da primeira passagem do trocador de calor 420. Ao sair da primeira passagem, o ar de sangria, então, se mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através das válvulas V6, V7 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, está a jusante do dispositivo de compressão 440, que também pode ser denominado como a jusante do compressor 444. Este ponto de mistura também pode ser denominado como a montante de uma segunda passagem do pelo menos um trocador de calor 420. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. O ar misturado entra na segunda passagem do trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402, para produzir ar frio. O ar frio, então, vai

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 31/52 / 34 diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V9. Além disso, o ar de descarga D1 da câmara é usado para manter a máquina de ciclo de ar 440 girando numa velocidade mínima. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. Este trabalho é utilizado para girar a máquina de ciclo de ar 440, por exemplo, numa velocidade mínima de aproximadamente 6.000 rpm. O ar que sai da turbina 445 é, então, descartado para fora de bordo através do invólucro 410.

[0060] O modo de baixa pressão pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é maior do que cerca de 6,89 kPa (1 psi) acima da pressão da câmara (por exemplo, condições em cruzeiro onde as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão). [0061] Num modo de operação de pressão de reforço, o ar de sangria da entrada 401 entra no compressor 444, onde o mesmo é comprimido e aquecido. O ar comprimido e aquecido do compressor 444 passa através da primeira passagem do trocador de calor 420 e, então, se mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através das válvulas V6, V7 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, está a jusante do dispositivo de compressão 440, que também pode ser denominado como a jusante do compressor 444. O ponto de mistura também pode ser denominado como a montante de uma segunda passagem do pelo menos um trocador de calor 420. Quando aplicado a um pacote de condicionamento de ar, o ponto de mistura pode ser denominado como dentro do pacote. O ar misturado entra na segunda passagem do trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402, para produzir ar frio. O ar frio, então, vai diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V9. Além disso, o ar de descarga D1 da cabine é usado para fornecer a energia para pressurizar o ar de

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 32/52 / 34 sangria que entra no compressor 444. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. A quantidade de trabalho extraído pela turbina 445 é suficiente para girar a máquina de ciclo de ar 440 na velocidade necessária pelo compressor 444 para elevar uma pressão do ar de sangria para um valor que pode conduzir o ar de sangria através do trocador de calor 420 e para a câmara 402.

[0062] O modo de pressão de reforço pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é tão baixa quanto 17,23 kPa (2,5 psi) abaixo da pressão de câmara (por exemplo, condições em cruzeiro em que as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão). [0063] O sistema 100 da Figura 1 será descrito, agora, com referência à Figura 7, em vista do exemplo de aeronave. A Figura 7 retrata um esquemático de um sistema 700 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100) conforme o mesmo poderia ser instalado numa aeronave. Os componentes do sistema 700 que são semelhantes aos sistemas 200, 500 e 500 foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos. Um componente alternativo do sistema 700 é uma válvula V10, juntamente com os caminhos alternativos representados pela linha pontilhada e tracejada D4.

[0064] Num modo de operação de alta pressão, o ar de alta temperatura e alta pressão é recebido da entrada 401 através da válvula V1. O ar de alta temperatura e alta pressão entra no compressor 444. O compressor 444 pressuriza o ar de alta pressão e alta temperatura e aquece o mesmo no processo. Este ar entra, então, numa primeira passagem do trocador de calor 420 e é resfriado pelo ar de pressão dinâmica. O ar que sai da primeira passagem do trocador de calor 420 entra, então, na segunda passagem do trocador de calor 420 e é ainda resfriado para produzir o ar de alta pressão

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 33/52 / 34 frio. Este ar de alta pressão frio entra através da válvula V9 no reaquecedor 550, onde é resfriado; através do condensador 360, onde é resfriado pelo ar da turbina 443; através do extrator de água 570, onde a umidade do ar é removida; e, novamente, para o reaquecedor 550, onde o ar é aquecido para aproximadamente uma temperatura de entrada na válvula V9. A o ar de alta pressão aquecido e agora seco entra na turbina 443, onde o mesmo é expandido e o trabalho é extraído. O trabalho da turbina 443 pode acionar tanto o compressor 444 quanto a ventoinha 448. A ventoinha 448 é usada para puxar o fluxo de ar de pressão dinâmica através do trocador de calor 420. Após deixar a turbina 443, o ar frio, tipicamente abaixo de congelamento, resfria o ar úmido e morno no condensador 560. A jusante do condensador 560, o ar frio que deixa a máquina de ciclo de ar 440 se mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D4 fornecido pela ventoinha 480 através da válvula V10 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, está a jusante do dispositivo de compressão 440, o qual também pode ser denominado como a jusante do compressor 444 e/ou a jusante da primeira turbina 443. Este ar misturado, então, é enviado para condicionar a câmara 402.

[0065] Nota-se que quando se opera no modo de alta pressão, é possível que o ar que deixa o compressor 444 exceda uma temperatura de autoignição de combustível (por exemplo, 204,44°C (400°F) para o estado estacionário e 232,22°C (450°F) para o transitório). Nesta situação, o ar de uma saída da primeira passagem do trocador de calor 420 é canalizado pela válvula V2 para uma entrada do compressor 444. Isto diminui uma temperatura de entrada do ar que entra na entrada do compressor 444 e, como resultado, o ar que sai do compressor 444 está abaixo da temperatura de autoignição de combustível.

[0066] O modo de operação de alta pressão pode ser usado em condições de voo quando a pressão do motor for adequada para acionar o

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 34/52 / 34 ciclo ou quando uma temperatura da câmara 402 exigir isso. Por exemplo, as condições, como parado em solo, taxiagem, decolagem, subida e condições de manutenção, fariam a máquina de ciclo de ar 240 operar no modo de alta pressão. Além disso, as condições de cruzeiro em alta altitude com temperatura extrema poderiam resultar na máquina de ciclo de ar 240 operando no modo de alta pressão.

[0067] Num modo de operação de baixa pressão, o ar de sangria da entrada 401 desvia da máquina de ciclo de ar 440 através da válvula V3 e passa diretamente através da primeira passagem do trocador de calor 420. Mediante a saída pela primeira passagem, o ar de sangria, então, se mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através das válvulas V6, V10 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, está a jusante do dispositivo de compressão 440, que também pode ser denominado como a jusante do compressor 444. Este ponto de mistura também pode ser denominado como a montante de uma segunda passagem do pelo menos um trocador de calor 420. O ar misturado entra na segunda passagem do trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402, para produzir ar frio. O ar frio, então, vai diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V9. Além disso, o ar de descarga D1 da câmara é usado para manter a máquina de ciclo de ar 440 girando numa velocidade mínima. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. Este trabalho é utilizado para girar a máquina de ciclo de ar 440, por exemplo, numa velocidade mínima de aproximadamente 6.000 rpm. O ar que sai da turbina 445 é, então, descartado para fora de bordo através do invólucro 410.

[0068] O modo de baixa pressão pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 35/52 / 34 maior do que cerca de 6,89 kPa (1 psi) acima da pressão da câmara (por exemplo, condições em cruzeiro onde as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão). [0069] Num modo de operação de pressão de reforço, o ar de sangria da entrada 401 entra no compressor 444, onde o mesmo é comprimido e aquecido. O ar comprimido e aquecido do compressor 444 passa através da primeira passagem do trocador de calor 420 e, então, se mistura num ponto de mistura com o ar de recirculação D2 fornecido pela ventoinha 480 através da válvula V6 para produzir o ar misturado. O ponto de mistura, neste caso, está a jusante do dispositivo de compressão 440, que também pode ser denominado como a jusante do compressor 444. Este ponto de mistura também pode ser denominado como a montante de uma segunda passagem do pelo menos um trocador de calor 420. O ar misturado entra na segunda passagem do trocador de calor 420, onde é resfriado pelo ar de pressão dinâmica para a temperatura necessária pela câmara 402, para produzir ar frio. O ar frio, então, vai diretamente para a câmara 402 por meio da válvula V9. Além disso, o ar de descarga D1 da cabine é usado para fornecer a energia para pressurizar o ar de sangria que entra no compressor 444. Ou seja, o ar de descarga D1 da câmara que flui a partir da câmara 402 através da válvula V4 entra e se expande através da turbina 445, de modo que o trabalho seja extraído. A quantidade de trabalho extraído pela turbina 445 é suficiente para girar a máquina de ciclo de ar 440 na velocidade necessária pelo compressor 444 para elevar uma pressão do ar de sangria para um valor que pode conduzir o ar de sangria através do trocador de calor 420 e para a câmara 402. [0070] O modo de pressão de reforço pode ser usado em condições de voo em que a pressão do ar de sangria que entra na máquina de ciclo de ar 440 é tão baixa quanto 17,23 kPa (2,5 psi) abaixo da pressão de câmara (por exemplo, condições em cruzeiro em que as altitudes estão acima de 9,14 km (30.000 pés) e condições em ou próximas de tipos de dia ambientes padrão).

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 36/52 / 34 [0071] Em vista do exposto acima, uma ou mais modalidades podem compreender um sistema, que compreende: uma entrada que fornece um primeiro meio; uma entrada que fornece um segundo meio; um dispositivo de compressão que compreende um compressor e uma turbina, em que o dispositivo de compressão em comunicação com a entrada que fornece o primeiro meio, e em que a turbina está a jusante do compressor; e pelo menos um trocador de calor localizado a jusante do compressor, em que uma saída do pelo menos um trocador de calor está em comunicação fluida com uma entrada do compressor e uma entrada da turbina.

[0072] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda o sistema acima, em que o primeiro meio é ar fresco e o segundo meio é o ar de um volume pressurizado.

[0073] Uma ou mais modalidades podem incluir ainda qualquer um dos sistemas acima, em que uma segunda turbina do dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o segundo meio. [0074] Uma ou mais modalidades podem ainda compreender qualquer um dos sistemas acima que é configurável para operar em pelo menos dois modos que compreendem num primeiro modo e um segundo modo; em que, no primeiro modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num primeiro ponto de mistura; e em que, no segundo modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num segundo ponto de mistura.

[0075] Uma ou mais modalidades podem ainda compreender qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro ponto de mistura está localizado a jusante do compressor do compressor.

[0076] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro ponto de mistura está localizado numa entrada do pelo menos um trocador de calor.

[0077] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o segundo ponto de mistura está a jusante da

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 37/52 / 34 turbina.

[0078] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de baixa pressão.

[0079] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de reforço.

[0080] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o segundo modo é um modo de alta pressão. [0081] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o pelo menos um trocador de calor compreende uma pluralidade de passagens através das quais o meio flui.

[0082] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro ponto de mistura está a jusante de uma primeira passagem da pluralidade de passagens.

[0083] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que a segunda turbina recebe o meio para manter uma velocidade mínima do dispositivo de compressão quando o sistema estiver em operação no primeiro modo.

[0084] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de reforço.

[0085] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de baixa pressão.

[0086] Em vista do exposto acima, uma ou mais modalidades podem compreender um sistema, que compreende: uma entrada que fornece um primeiro meio; uma entrada que fornece um segundo meio; um dispositivo de compressão que compreende um compressor e uma turbina, em que o dispositivo de compressão com a entrada que fornece o primeiro meio, e em que a turbina está a jusante do compressor; e pelo menos um trocador de calor

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 38/52 / 34 localizado a jusante do compressor, em que o pelo menos um trocador de calor compreende uma primeira passagem e uma segunda passagem, em que uma saída da primeira passagem do pelo menos um trocador de calor está em comunicação fluida com uma entrada do compressor, e em que uma saída da segunda passagem do pelo menos, um trocador de calor está em comunicação fluida com uma entrada da turbina.

[0087] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda o sistema acima, em que o primeiro meio é ar fresco e o segundo meio é o ar de um volume pressurizado.

[0088] Uma ou mais modalidades podem incluir ainda qualquer um dos sistemas acima, em que uma segunda turbina do dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o segundo meio. [0089] Uma ou mais modalidades podem ainda compreender qualquer um dos sistemas acima que é configurável para operar em pelo menos dois modos que compreendem um primeiro modo e um segundo modo; em que, no primeiro modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num primeiro ponto de mistura; e em que, no segundo modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num segundo ponto de mistura.

[0090] Uma ou mais modalidades podem ainda compreender qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro ponto de mistura está a jusante do compressor.

[0091] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro ponto de mistura está localizado numa entrada do pelo menos um trocador de calor.

[0092] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o pelo menos um trocador de calor compreende uma pluralidade de passagens através das quais o meio flui. [0093] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro ponto de mistura está a jusante de

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 39/52 / 34 uma primeira passagem da pluralidade de passagens.

[0094] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que a segunda turbina recebe o meio para manter uma velocidade mínima do dispositivo de compressão quando o sistema estiver em operação no primeiro modo.

[0095] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de reforço.

[0096] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de baixa pressão.

[0097] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o segundo modo é um modo de alta pressão. [0098] Os aspectos das modalidades são aqui descritos com referência às ilustrações de fluxograma, representações esquemáticas e/ou diagramas de blocos de métodos, aparelho e/ou sistemas de acordo com as modalidades. Além disso, as descrições das várias modalidades foram apresentadas para fins de ilustração, mas não se destinam a serem exaustivas ou limitadas às modalidades divulgadas. Muitas modificações e variações serão evidentes àqueles versados na técnica sem se afastar do escopo e da essência das modalidades descritas. A terminologia usada neste documento foi escolhida para explicar melhor os princípios das modalidades, da aplicação prática ou do aprimoramento técnico em relação às tecnologias encontradas no mercado, ou para possibilitar que outros versados na técnica entendam as modalidades aqui divulgadas.

[0099] A terminologia usada neste documento tem a finalidade de descrever modalidades específicas apenas e não se destina a ser limitante. Como usados aqui, as formas singulares “um”, “uma”, o e a são destinadas a incluírem as formas plurais também, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Será ainda compreendido que os termos

Petição 870170025463, de 18/04/2017, pág. 40/52 / 34 “compreende” e/ou “compreendendo”, quando usados neste relatório descritivo, especificam a presença de características indicadas, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impossibilita a presença ou adição de outras características, números inteiros, etapas, operações, componentes de elemento e/ou grupos destes.

[00100] Os fluxogramas aqui representados são apenas um exemplo. Pode haver muitas variações neste diagrama ou nas etapas (ou operações) descritas no presente documento sem se afastar da essência das modalidades deste documento. Por exemplo, as etapas podem ser executadas numa ordem diferente ou as etapas podem ser adicionadas, excluídas ou modificadas. Todas estas variações são consideradas uma parte das reivindicações.

[00101] Embora a modalidade preferencial tenha sido descrita, será entendido que os versados na técnica, tanto agora quanto no futuro, podem fazer vários aperfeiçoamentos e intensificações que caem dentro do escopo das reivindicações que se seguem. Estas reivindicações devem ser interpretadas para manter a proteção adequada.

[001]

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Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Sistema de controle ambiental, caracterizado pelo fato de que compreende:

   uma entrada que fornece um primeiro meio; uma entrada que fornece um segundo meio; um dispositivo de compressão que compreende um compressor e uma turbina, em que o dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o primeiro meio, e em que a turbina está a jusante do compressor; e pelo menos um trocador de calor localizado a jusante do compressor, em que uma saída do pelo menos um trocador de calor está em comunicação fluida com uma entrada do compressor e uma entrada da turbina.
2. 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio é ar fresco e o segundo meio é ar de um volume pressurizado.
3. 3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma segunda turbina do dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o segundo meio.
4. 4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que é configurável para operar em pelo menos dois modos que compreendem um primeiro modo e um segundo modo;

   em que, no primeiro modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num primeiro ponto de mistura; e em que, no segundo modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num segundo ponto de mistura.
5. 5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo

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   2 / 3 fato de que o primeiro ponto de mistura está localizado a jusante do compressor.
6. 6. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro ponto de mistura está localizado numa entrada de pelo menos um trocador de calor.
7. 7. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o segundo ponto de mistura está localizado a jusante da turbina.
8. 8. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro modo é um modo de baixa pressão.
9. 9. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro modo é um modo de reforço.
10. 10. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o segundo modo é um modo de alta pressão.
11. 11. Sistema de controle ambiental, caracterizado pelo fato de que compreende:

    uma entrada que fornece um primeiro meio; uma entrada que fornece um segundo meio; um dispositivo de compressão que compreende um compressor e uma turbina, em que o dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o primeiro meio, e em que a turbina está a jusante do compressor; e pelo menos um trocador de calor localizado a jusante do compressor, em que o pelo menos um trocador de calor compreende uma primeira passagem e uma segunda passagem, em que uma saída da primeira passagem do pelo menos um trocador de calor está em comunicação de fluido com uma entrada do compressor, e

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    3 / 3 e, que uma saída da segunda passagem do pelo menos um trocador de calor está em comunicação de fluido com uma entrada da turbina.
12. 12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio é ar fresco e o segundo meio é ar de um volume pressurizado.
13. 13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que uma segunda turbina do dispositivo de compressão está em comunicação com a entrada que fornece o segundo meio.
14. 14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que é configurável para operar em pelo menos dois modos que compreendem um primeiro modo e um segundo modo;

    em que, no primeiro modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num primeiro ponto de mistura; e em que, no segundo modo, o primeiro meio é misturado com o segundo meio num segundo ponto de mistura.
15. 15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro ponto de mistura está a jusante do compressor.

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