BR102017007987B1

BR102017007987B1 - ENVIRONMENTAL CONTROL SYSTEMS

Info

Publication number: BR102017007987B1
Application number: BR102017007987-2A
Authority: BR
Inventors: Louis J. Bruno
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corporation
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2023-09-19

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.It is a system. The system includes an input that provides a first means; an input that provides a second means; a compression device including a compressor and a turbine; and at least one heat exchanger located downstream of the compressor. The compression device is in communication with the input providing the first medium. The turbine is downstream of the compressor. An outlet of the at least one heat exchanger is in fluid communication with a compressor inlet and a turbine inlet.

Description

BASICS OF THE INVENTION

[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.[001] In general, with respect to present aircraft air conditioning systems, cabin pressurization and cooling are powered through engine bleed pressures at cruise. For example, pressurized air from an aircraft engine is supplied to a cabin through a series of systems that change the temperatures and pressures of the pressurized air. To power this pressurized air preparation, the only source of energy is the air pressure itself. As a result, present air conditioning systems have always required relatively high pressures at cruise. Unfortunately, in light of a global trend in the aerospace industry toward more efficient aircraft, the relatively high pressures provide limited engine fuel-burning efficiency.

SUMMARY

[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.[002] According to one embodiment, a system is provided. The system includes an input that provides a first means; an input that provides a second means; a compression device including a compressor and a turbine; and at least one heat exchanger located downstream of the compressor. The compression device is in communication with the input providing the first medium. The turbine is downstream of the compressor. An outlet of the at least one heat exchanger is in fluid communication with a compressor inlet and a turbine inlet.

[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.[003] Additional features and advantages are realized through techniques of the embodiments of this document. Other embodiments and aspects are described in detail herein and are considered as a part of the claims. For a better understanding of the modalities with the advantages and resources, consult the description and drawings.

BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

[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.[004] The matter is particularly indicated and distinctly claimed in the claims at the conclusion of the specification. The foregoing features and other features and advantages are evident from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying Figures in which: Figure 1 is a diagram of a schematic representation of an environmental control system in accordance with one embodiment; Figure 2 is an example of operation of an environmental control system according to one embodiment; Figure 3 is an example of operation of an environmental control system according to another embodiment; Figure 4 is an example of operation of an environmental control system according to one embodiment; Figure 5 is an example of operation of an environmental control system according to one embodiment; Figure 6 is an example of operation of an environmental control system according to one embodiment; and Figure 7 is an example of operation of an environmental control system in accordance with one embodiment.

DETAILED DESCRIPTION

[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.[005] A detailed description of one or more embodiments of the disclosed apparatus and method is presented herein by way of exemplification and not limitation with reference to the Figures.

[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 combustível do motor.[006] Embodiments herein provide an environmental control system that enhances cabin air to increase a lower engine bleed air pressure that is bled at a pressure level slightly above cabin pressure to thereby provide cabin pressurization and cooling at a high fuel burning efficiency of the engine.

[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.[007] Generally speaking, the embodiments disclosed herein may include a system comprising one or more heat exchangers and a compression device. A medium, which flows through one or more heat exchangers. The medium may be bled from a low pressure location of an engine through the one or more heat exchangers into a chamber. The low pressure location of the engine supplies the medium at an initial pressure level close to the medium pressure as it is in the chamber (e.g., chamber pressure). The medium may be slightly above or slightly below chamber pressure. Bleeding the medium at such a low pressure from the low pressure location causes less fuel burn than bleeding air from a higher pressure location. Furthermore, because the medium is starting at this relatively low initial pressure level and because a drop in pressure occurs across the one or more heat exchangers, the medium may fall below the chamber pressure while the medium is flowing through the one or more heat exchangers. When the media pressure is below the chamber pressure, the media does not flow into the chamber to provide pressurization and temperature conditioning.

[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 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.[008] Thus, the compression device, in communication with the one or more heat exchangers, is used to regulate a pressure of the medium flowing through the one or more heat exchangers to ensure that there is sufficient pressure to supply the medium to the camera. The compression device uses the medium itself as an energy source to regulate the pressure of the medium. However, the medium in the initial pressure level bleed from the engine alone may not provide sufficient power to the compression device to ensure that the fluid pressure is boosted above the chamber pressure to ensure flow of the medium to the engine. chamber. The compression device may further include a power turbine that uses exhaust air from the chamber to provide additional power to the compression device. In this way, the compression device with the turbine regulates/increases the pressure of the medium as it flows through the one or more heat exchangers to, thus, allow a connection of the system to the source of low local air pressure. bloodletting.

[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)).[009] For example, in view of one embodiment of the aircraft, the air cycle machine (e.g., the compression device) of the cabin air conditioning system (e.g., the environmental control system) uses, as a power source, a bleed air pressure (e.g., bleed air, which may be termed as outside air or fresh air) of an aircraft engine. The turbine is added to an aircraft's air cycle engine and can use, as a power source, air pressure in a cargo hold, cabin or cockpit (e.g. general cabin pressure) to provide power. complementary to the air cycle machine. The combined power sources are used to prepare the bleed air through the air cycle machine so that the cabin air conditioning system can utilize the aircraft engine bleed air at the initial pressure level described above, i.e. is, a pressure level slightly above or below cabin pressure. Examples of initial pressure level values include pressure levels greater than 34.47 kPa (5 psia) above cabin pressure, at 34.47 kPa (5 psia), or between cabin pressure and 34.47 kPa (5 psia) (for example, cabin pressure is generally 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 (por exemplo, seta sólida C), e do trocador de calor secundário 130 para a câmara 102 (por exemplo, seta sólida D).[0010] Figure 1 illustrates a system 100 with a medium (e.g., air) flowing from an inlet 101 to a chamber 102. In system 100, fluid flows from the inlet 101 to a primary heat exchanger 110 (e.g., solid arrow A), from the primary heat exchanger 110 to a compression device 120 (e.g., solid arrow B), from the compression device 120 to a secondary heat exchanger 130 (e.g., , solid arrow C), and from the secondary heat exchanger 130 to the chamber 102 (e.g., solid arrow 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).[0011] The medium, in general, can be air, while other examples include gases, liquids, fluidized solids or aqueous pastes. When the medium is being supplied from the chamber 102 of the system 100, the medium is referred to herein as recirculated air. When the medium is being supplied by an engine connected to system 100, such as from inlet 101, the medium may be referred to herein as bleed air. With respect to bleed air, a low engine pressure location (or a auxiliary power unit) can be used to supply the medium at an initial pressure level close to a pressure of the medium once it is in the chamber 102 (e.g., the chamber pressure, also referred to as cabin pressure in the example of the aircraft).

[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).[0012] In one embodiment, system 100 is any environmental control system of a vehicle, such as an aircraft or vessel, that provides air supply, thermal control, and cabin pressurization for a crew and passengers of the vehicle (e.g., a system of an aircraft's cabin air conditioning system). The system can also include avionics cooling, smoke detection and flame suppression. For example, in an aircraft, air is supplied to the environmental control system by being "bled" from a compressor stage of a gas turbine engine. The temperature and pressure of this "bleed air" varies widely depending on which compressor stage and the revolutions per minute of the gas turbine engine. To reach the desired temperature, the bleed air is cooled as it passes through at least one heat exchanger (e.g., exchangers 110, 130). To obtain the desired pressure, the bleed air is compressed as it passes through a compression device (e.g., compression device 120).

[0013] Em relação ao veículo que é uma aeronave, o sistema 100 é 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.[0013] In relation to the vehicle that is an aircraft, system 100 is an environmental control system that provides pressurized air (e.g., a medium) to any environment, such as a cabin (e.g., chamber 102) and cockpit. piloting an aircraft, both for comfort and pressurization. The pressurized air supplied by the ECS may originate from an engine's compressor stage (e.g., via an air bleed system) and/or directly from outside air (e.g., via an air bleed system). with dynamic pressure). The interaction of the ECS with the engine in a bleed air system influences how much fuel burning by the engine is necessary to perform operations, such as providing pressurized air, related to this interaction. For example, in an aircraft bleed air system, air is drawn from an engine core at a predefined stage location in an engine compressor region of the engine core to supply cooling air to an aircraft cabin. .

[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.[0014] Heat exchangers (e.g., a primary heat exchanger 110 and a secondary heat exchanger 130) are equipment constructed for efficient heat transfer from one medium to another. Examples of heat exchangers include double-tube, shell-and-tube, plate, plate-and-shell, adiabatic wheel, plate-fin, pillow plate, and fluid heat exchangers. Continuing with the aircraft example above, air forced by a fan (e.g., via push or pull methods) is blown through the heat exchanger in a variable cooling airflow to control the final air temperature of the bleed air. .

[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 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.[0015] Compression device 120 (e.g., an air cycle machine, as described below) is a mechanical device that controls and manipulates the medium (e.g., increasing bleed air pressure). Examples of a compressor include centrifugal, diagonal or mixed flow, axial flow, reciprocating, ionic liquid piston, rotary screw, rotary vane, spiral, diaphragm, air bubble compressors. Furthermore, compressors are typically driven by an engine, an electric motor, or the medium (e.g., bleed air, chamber discharge air, and/or recirculation) via a steam or gas turbine.

[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.[0016] In operation, the primary heat exchanger 110 of system 100 receives (e.g., arrow A) a medium at a first pressure and first temperature. The primary heat exchanger 110 then cools the medium, which lowers the first pressure to a second pressure.

[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.[0017] Then, the medium is communicated (e.g., arrow B) to the compression device 120 which regulates a pressure of a medium flowing in the system 100, raises the second pressure of the medium to a third pressure, which has a value greater than the second pressure. Therefore, in system 100, the compression device 120 increases the pressure of the medium as it leaves the primary heat exchanger 110 (e.g., arrow B), so that the secondary heat exchanger 130 can receive the medium into its entry at higher pressure (e.g. arrow C). As shown in Figure 1, the compression device 120 includes a turbine 142 that utilizes exhaust from chamber 102 (e.g., arrow E) to provide additional power to the compression device 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.[0018] It should be understood that an embodiment of the single heat exchanger could be implemented according to system 100 above, in which the compressor increases the pressure of the medium before or after the medium flows through the single heat exchanger.

[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.[0019] Returning to Figure 1, the medium is then communicated (e.g., arrow C) to the secondary heat exchanger 130 which cools the medium again, before the medium exits (e.g., arrow D) to the chamber 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 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.[0020] In relation to an example aircraft, Figure 1 is discussed below. In general, bleed air from a low-pressure location causes less fuel burn than bleed air from a high-pressure location. However, because a pressure drop occurs across system 100 when air is bled from a low pressure location, bleed air flowing from inlet 101 to chamber 102 will experience a drop in pressure. of internal pressure below a final pressure (the pressure required to flow into the chamber). If the air pressure in system 100 falls below a pressure that is desired in chamber 102 (e.g., the final pressure), then system 100 will stop supplying bleed air to chamber 102 and, in turn, to the aircraft cabin. This is due to the fact that the compression device 220 is employed by the system 100 to ensure that the bleed air is increased above the final pressure before being passed to the secondary heat exchanger 130 and chamber 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.[0021] Additionally, system 100 can be designed to have even higher fuel burning efficiencies by extracting bleed air from a low-pressure location of the engine where the pressure is at a level slightly above the desired pressure. in the 102 chamber (e.g., the final pressure). As indicated above, due to the fact that the power source for the system 100 is the bleed air itself, the bleed air at this low-pressure location of the engine cannot provide sufficient power to the compression device 120 to propel the air. of bleeding above the final pressure before being passed to the secondary heat exchanger. In this way, the turbine 142 is added to the compression device 120 and the air from the chamber 102 is used to drive the turbine 124, so that supplementary power is supplied to the compression device 120. This means that the turbine 142 increases the power available to the compression device 120, by extracting power from the pressure gradient between the air inside the chamber 102 and the ambient air pressure outside the chamber 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 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.[0022] In this way, the air from the chamber 102 in addition to the bleed air is used to drive the compression device 120, so that the highest fuel efficiency can be obtained due to the bleed air that is bled from the location lowest possible engine pressure (e.g., at a level slightly above typical cabin pressure, e.g., such as 6.98 kPa (1 psig) or more). It may be possible, in some system configurations, to bleed engine air below the pressure required to pressurize the cabin (e.g., -6.98 kPa (-1 psig)), and using energy extracted from the engine air itself. bleed and the energy extracted from the cabin pressure gradient to the external environment, increase the pressure in the bleed air with the use of the compressor to supply pressurized air to the cabin.

[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.[0023] The system 100 of Figure 1 will now be described with reference to Figures 2 to 3, in view of the example aircraft above. Figure 2 illustrates an environmental control system 200 (e.g., an embodiment of system 100) that includes, in addition to the previously described items of Figure 1, a housing 201, a valve 208, the compression device 120 (which includes a turbine 242, a turbine 244, a compressor 245, a fan 248, and a shaft 249), a third heat exchanger 250, and a water extractor 260, each of which is connected via tubes, pipes, ducts, and similar, such that bleed air is accepted into inlet 101 from a low-pressure location of an aircraft engine at an initial flow rate, pressure, and temperature and supplied to chamber 102 (e.g., cockpit, cabin pilotage, etc.) at a final flow rate, pressure and temperature. In this way, the credentials of the bleed air in the chamber 102 (e.g., the final flow rate, pressure, and temperature) allow the aircraft to receive the pressurized and cooled air from the environmental control system 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 do ar criada por uma aeronave em movimento para aumentar a pressão estática do ar no interior do invólucro.[0024] Environmental control system 200 is an example of an aircraft environmental control system that provides air supply, thermal control, and cabin pressurization for aircraft crew and passengers. Enclosure 201 is an example of a dynamic pressure chamber of a dynamic pressure system that utilizes dynamic air pressure created by a moving aircraft to increase the static air pressure within the enclosure.

[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).[0025] Valves such as valve 208 are devices that regulate, direct and/or control a flow of a medium (e.g., gases, liquids, fluidized solids or slurries such as bleed air) through opening, closing or obstructing partial passage of various passages within the tubes, pipes, etc., of the environmental control system 200. The valves may be operated by means of actuators so that the flow rates of any medium in any portion of the environmental control system 200 may be adjusted to a desired value. For example, valve 208 allows ambient air from outside the aircraft to be admitted into enclosure 201 so that ambient air can pass through the first and second heat exchangers and cool the bleed air before exiting as an exhaust (e.g. , the intake method may be a pull method by a fan 248 driven by the shaft 249 of the compression device 120 or a dynamic pressure method as described above).

[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 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.[0026] The compression device 120 may be an air cycle machine that controls and manipulates the medium (e.g., increasing bleed air pressure). Turbine 244 is a mechanical device that drives compressor 245 and a fan 248 via shaft 249. Compressor 245 is a mechanical device, which regulates a pressure of bleed air received from the first heat exchanger. The fan 248 is a mechanical device that forces by pushing or pulling air through the housing 201 through the heat exchangers into a variable cooling air flow. Turbine 244, compressor 245, and fan 248 together regulate pressure and illustrate, for example, that the air cycle machine (e.g., compression device 120) can operate as a conventional air cycle machine. three wheels. In turn, the three-wheel air cycle machine includes the addition of power turbine 242 that uses exhaust from chamber 102 (e.g., arrow E) to provide additional power to compression device 120. Note that the addition of the turbine does not change the engine from a three-wheel air cycle to a four-wheel condensing cycle due to the fact that the two turbines 242, 244 are in series and the four-wheel condensing cycle does not use the exhaust from the chamber 102 as a source of energy to drive the cycle. Exhaust from chamber 102 is then routed to outlet 299 (e.g., released to ambient air). It is noted that the compression device 120 may be known as an air conditioning package or a package for performing thermodynamic work. In one embodiment, the package may also begin at a mass flow control valve at inlet 101 and conclude as air exits to chamber 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.[0027] Heat exchanger 250 is an example of a heat exchanger as described above. The water extractor 260 is a mechanical device that performs a process of drawing water from any source, such as bleed air, temporarily or permanently.

[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; 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.[0028] In view of the above, it is noted that the location of the turbines 142, 242 may vary. Figure 3 illustrates an environmental control system 300 (e.g., another embodiment of system 100) that includes, in addition to the previously described items of Figures 1 and 2, a power turbine 342 ideally placed relative to a wall of the housing 201 In this sense, for example, optimal power turbine placement on three- and four-wheel air cycle machines will provide absorption of reduced fan power at altitude by increasing fan flow 248 and adding pre-swirl to a rotor inlet. of the fan thereby providing an intensified pressure boost; removal of power turbine exhaust discharge piping requirements; eliminating possible power turbine exhaust freezing problems; ensuring minimum air cycle machine length in a compact package; providing power turbine rotor cooling due to low fan static pressure when the power turbine is turned off during ground operation (cabin cooling flow extraction); 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).[0029] Additional embodiments of turbines 142, 242, 342 may include an air cycle machine with an axial power turbine arrangement added to a three-wheel cycle (e.g., turbines, compressor, power turbine, and fan), a four-wheel cycle (e.g. second turbine, first turbine, compressor, power turbine and fan arrangement), etc., in which an axial power turbine utilizes and discharges exhaust from the chamber to ambient pressure 102. This embodiment includes the benefits of the axial power turbine having a minimal impact on an air cycle machine length (e.g., enabling a compact package) and the axial power turbine discharge to a dynamic pressure fan inlet ( e.g. increases fan flow and turbine fan inlet pre-swirl, exhaust reduces fan power absorption at altitude, reduces bleed pressure requirements, turbine exhaust piping is not required, freezing of the turbine outlet is prevented by the hot air from the fan).

[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).[0030] Additional embodiments of the turbines 142, 242, 342 may include an air cycle machine with a radial power turbine arrangement added to a three-wheel cycle (e.g., turbine, compressor, power turbine, and power turbine arrangement). fan), a four-wheel cycle (e.g. second turbine, first turbine, compressor, power turbine and fan arrangement), etc., in which the radial power turbine utilizes and discharges exhaust from the chamber to ambient pressure 102. This embodiment includes the benefits of the cutting-edge turbine fan and reduces the length of the air cycle machine (e.g., enabling a compact package).

[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.[0031] Additional embodiments of the turbines 142, 242, 342 may include an air cycle machine with a high-end power turbine fan arrangement added to a three-wheel cycle (e.g., turbine, compressor, and power turbine /fan arrangement), a four-wheel cycle (e.g. second turbine, first turbine, compressor and power turbine/fan arrangement), etc., in which the top power turbine fan utilizes and discharges to the ambient pressure exhaust from chamber 102. This embodiment includes the benefits of the radial power turbine having minimal cost (e.g., enabling a low-cost package), discharge of the radial power turbine to a dynamic pressure fan inlet, along with cooling the power turbine rotor during ground operation.

[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.[0032] The system 100 of Figure 1 will now be described with reference to Figure 4, in view of the example aircraft. Figure 4 depicts a schematic representation of a system 400 (e.g., an embodiment of the system 100) as it could be installed on an aircraft.

[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 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.[0033] System 200 will now be described with respect to an environmental control system driven by conventional bleed air from an aircraft that utilizes a contemporary three-wheel cabin air conditioning system. The conventional bleed air-driven air environmental control system receives bleed air at a pressure between 206.84 kPa (30 psia) (e.g., during cruise) and 310.26 kPa (45 psia) (e.g., on the ground). In the conventional bleed air-driven environmental air control system, during ground operation on a hot day, a centrifugal compressor of the contemporary three-wheel cabin air conditioning system receives almost all of the bleed air flow at a pressure of about 310.26 kPa (45 psia). Furthermore, during hot day cruise operation, the centrifugal compressor of the contemporary three-wheel cabin air conditioning system receives only a portion of the bleed air flow at a pressure of 206.84 kPa (30 psia). The remainder of the bleed air bypasses the centrifugal compressor through the bypass valve of the contemporary three-wheel cabin air conditioning system and is sent to the cabin.

[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.[0034] In contrast to the conventional bleed air-driven environmental control system that utilizes the contemporary three-wheel cabin air conditioning system, system 400 is an example of an aircraft environmental control system that provides fuel supply. of air, thermal control and pressurization for the crew and passengers of the aircraft in a high fuel burning efficiency of the engine. System 400 illustrates bleed air flowing into inlet 401 (e.g., out of an aircraft engine at an initial flow rate, pressure, temperature, and humidity) which in turn is supplied to a chamber 402 (e.g. cabin, cockpit, etc.) at a final flow rate, pressure, temperature and humidity. Bleed air may be recirculated back through system 400 from chamber 402 (in this document, cabin exhaust air and recirculation air are represented by dotted and dashed lines D1 and D2, respectively) to actuate and/or or assist system 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.[0035] The system includes a housing 410 for receiving and directing dynamic pressure air through the system 400. It is noted that, based on the embodiment, an exhaust from the system 400 may be sent to an outlet (e.g., released to ambient air through housing 410). It is also noted that the 400 system can operate with bleed pressures close to chamber pressure during cruise.

[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 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.[0036] System 400 further illustrates valves V1-V7, a heat exchanger, 420, an air cycle machine 440 (which includes a turbine 443, a compressor 444, a turbine 445, a fan 448 and a shaft 449) , a condenser 460, a water extractor 470, and a recirculation fan 480, each of which is connected via tubes, pipes, and the like. Note that the heat exchanger 420 is an example of one of the heat exchangers 110, 130 as described above. Furthermore, in one embodiment, the heat exchanger 420 may be the secondary heat exchanger 130 that is downstream of the primary heat exchanger 110 (not shown). It is also noted that the air cycle machine 440 is an example of the compression device 120 as described above.

[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).[0037] The air cycle machine 440 extracts or operates the medium by increasing and/or decreasing the pressure and increasing and/or decreasing the temperature. Compressor 444 is a mechanical device that increases the pressure of bleed air received from inlet 401. Turbines 443, 445 are mechanical devices that drive compressor 444 and fan 448 via shaft 449. Fan 448 is a mechanical device which can force by means of pushing or pulling methods air through the housing 410 through the secondary heat exchanger 420 in a variable cooling air flow. Thus, the turbines 443, 445, the compressor 444, and the fan 448 together illustrate, for example, that the air cycle machine 440 can operate as a four-wheel air cycle machine that uses air recirculated or discharged from the chamber 402 ( for example, in one embodiment, the air cycle machine 440 uses chamber discharge air to perform compression operations, as indicated by the dotted and dashed line 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.[0038] Condenser 460 is the specific type of heat exchanger. The 470 water extractor is a mechanical device that performs a process of taking water from any source, such as bleed air. Recirculation fan 480 is a mechanical device that can force through the method of pushing recirculation air into system 400, as indicated by dotted and dashed arrow 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 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.[0039] In a high-pressure operating mode of system 400, high-temperature, high-pressure air is received from inlet 401 through valve V1. The high-temperature, high-pressure air enters the compressor 444. The compressor 444 pressurizes the high-pressure, high-temperature air and heats it in the process. This air then enters heat exchanger 420 and is cooled by dynamic pressure air to produce cold (e.g., approximately room temperature) high-pressure air. This cold high-pressure air enters condenser 460 and water extractor 470, where the air is cooled and moisture is removed. Cold high-pressure air enters turbine 443, where it is expanded and extracted for work. The work of the turbine 443 can drive both the compressor 444 and the fan 448. The fan 448 is used to draw a flow of dynamic pressure air through the heat exchanger 420. Also, expanding and extracting the work in the high pressure air cold, turbine 443 produces cold bleed air. After leaving the turbine 443, the cold bleed air is mixed at a mixing point with the recirculation air D2 supplied by the fan 480 through the valves of V6 and V7. The mixing point in this case may be referred to as downstream of the compression device 440, downstream of the compressor 444, downstream of the turbine 443 and/or upstream of a low pressure side of the condenser 460. When applied to a air conditioning package, the mixing point can be termed as inside the package. By mixing cold bleed air with recirculation air, the 400 system uses the recirculation air, which is warm and moist, to level the cold bleed air (i.e., raise the temperature). This level bleed air, in turn, enters a low pressure side of condenser 460, cools the bleed air on the high pressure side of condenser 460, and is sent to condition chamber 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 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.[0040] It is noted that when operating in high pressure mode, it is possible for the air leaving compressor 444 to exceed a fuel autoignition temperature (e.g., 204.4°C (400°F) for the state stationary and 232.22°C (450°F) for the transient). In this situation, air from an outlet of the heat exchanger 420 is led by valve V2 to an inlet of the compressor 444. This lowers an inlet temperature of the air entering the inlet of the compressor 444 and, as a result, the air leaving the Compressor 444 is below the fuel auto-ignition temperature.

[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.[0041] The high pressure mode of operation can be used in flight conditions when engine pressure is adequate to drive the cycle or when a chamber temperature 402 requires it. For example, conditions such as grounding, taxiing, takeoff, climb, and maintenance conditions would cause the air cycle machine 440 to operate in a high pressure mode. Additionally, high altitude cruising conditions with extreme temperature could result in the 440 air cycle machine operating in high pressure mode.

[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 para fora de bordo através do invólucro 410.[0042] In a low pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 bypasses air cycle machine 440 via valve V3 and mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 via V6 and V7 valves to produce mixed air. The mixing point in this case may be referred to as downstream of the compression device 440, downstream of the compressor 444, and/or upstream of the heat exchanger 420. When applied to an air conditioning package, the mixing point can be termed as inside the package. The mixed air passes directly through heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the required temperature by chamber 402, to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V5. Furthermore, the discharge air D1 from the chamber is used to keep the air cycle machine 440 rotating at a minimum speed. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. This work is used to rotate the 440 air cycle machine, for example, at a minimum speed of approximately 6,000 rpm. The air leaving the turbine 445 is then discharged overboard through the casing 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).[0043] The low pressure mode may be used in flight conditions where the pressure of the bleed air entering the air cycle machine 440 is greater than about 6.89 kPa (1 psi) above the air pressure. chamber (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 feet) and conditions at or near standard ambient day types).

[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.[0044] In a boost pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 enters compressor 444, where it is compressed and heated. The heated compressed air from compressor 444 mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 through valves V6 and V7 to produce mixed air. The mixing point in this case may be referred to as downstream of the compression device 440, downstream of the compressor 444, and/or upstream of the heat exchanger 420. When applied to an air conditioning package, the mixing point can be termed as inside the package. The mixed air enters heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the temperature required by chamber 402 to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V5. Additionally, cabin discharge air D1 is used to provide the energy to pressurize the bleed air entering compressor 444. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. The amount of work extracted by the turbine 445 is sufficient to rotate the air cycle machine 440 at the speed required by the compressor 444 to raise a bleed air pressure to a value that can drive the bleed air through the heat exchanger 420 and to chamber 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 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).[0045] The boost pressure mode may be used in flight conditions where the bleed air pressure entering the air cycle machine 440 is as low as 17.23 kPa (2.5 psi) below the pressure (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 ft) and conditions at or near standard ambient day types).

[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.[0046] The system 100 of Figure 1 will now be described with reference to Figure 5, in view of the example aircraft. Figure 5 depicts a schematic representation of a system 500 (e.g., an embodiment of the system 100) as it could be installed on an aircraft. Components of system 500 that are similar to system 400 have been reused for ease of explanation, using the same identifiers, and are not reintroduced. Alternative components of system 500 include a V8 valve, a reheater 550, a condenser 560, and a water extractor 570, along with an alternative path for recirculation air denoted by the dotted and dashed line 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.[0047] Reheater 550 and condenser 560 are specific types of heat exchanger. The 570 water extractor is a mechanical device that performs a process of taking water from any source, such as bleed air. Together, the reheater 550, the condenser 560 and/or the water extractor 570 can combine to be a high pressure water separator.

[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 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.[0048] In a high pressure mode of operation, high temperature and high pressure air is received from inlet 401 through valve V1. The high-temperature, high-pressure air enters the compressor 444. The compressor 444 pressurizes the high-pressure, high-temperature air and heats it in the process. This air then enters heat exchanger 420 and is cooled by dynamic pressure air to produce cold (e.g., approximately room temperature) high-pressure air. This cold high-pressure air enters the 550 reheater, where it is cooled; through condenser 560, where it is cooled by air from turbine 443; through water extractor 570, where moisture in the air is removed; and again to reheater 550, where the air is heated to approximately an inlet temperature in reheater 550. The heated and now dry high-pressure air enters turbine 443, where it is expanded and work is extracted. The work of turbine 443 can drive both compressor 444 and fan 448. Fan 448 is used to draw dynamic pressure airflow through heat exchanger 420. After leaving turbine 443, cold air, typically below freezing, cools the warm, moist air in condenser 560. Downstream of condenser 560, cold air leaving air cycle machine 440 mixes at a mixing point with recirculation air D3 supplied by fan 480 through valve V8 to produce mixed air. The mixing point in this case may be referred to as downstream of the compression device 440, downstream of the compressor 444, downstream of the heat exchanger 420 and/or downstream of the turbine 443. When applied to a heat conditioning package air, the mixing point can be termed as inside the package. In one embodiment, the mixing point may be placed on the outside of the package and therefore downstream of the package. This mixed air is then sent to condition chamber 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.[0049] It is noted that when operating in high pressure mode, it is possible for the air leaving compressor 444 to exceed a fuel autoignition temperature (e.g., 204.44°C (400°F) for the state stationary and 232.22°C (450°F) for the transient). In this situation, air from an outlet of the first pass of the heat exchanger 420 is channeled through valve V2 to an inlet of the compressor 444. This lowers an inlet temperature of the air entering the inlet of the compressor 444 and, as a result, the air exiting compressor 444 is below the fuel autoignition temperature.

[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 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.[0050] The high pressure mode of operation can be used in flight conditions when the engine pressure is adequate to drive the cycle or when a temperature of the chamber 402 requires it. For example, conditions such as grounding, taxiing, takeoff, climb, and maintenance conditions would cause the air cycle machine 440 to operate in a high pressure mode. Additionally, high altitude cruising conditions with extreme temperature could result in the 440 air cycle machine operating in high pressure mode.

[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.[0051] In a low pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 bypasses air cycle machine 440 via valve V3 and mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 via V6 valve to produce mixed air. The mixing point in this case may be termed as downstream of the compression device 440 and/or upstream of the heat exchanger 420. When applied to an air conditioning package, the mixing point may be termed as within the package. The mixed air passes directly through heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the temperature required by chamber 402 to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V5. Furthermore, the discharge air D1 from the chamber is used to keep the air cycle machine 440 rotating at a minimum speed. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. This work is used to rotate the 440 air cycle machine, for example, at a minimum speed of approximately 6,000 rpm. The air leaving the turbine 445 is then discharged overboard through the casing 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).[0052] Low pressure mode may be used in flight conditions where the pressure of the bleed air entering the air cycle machine 440 is greater than about 6.89 kPa (1 psi) above the air pressure. chamber (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 feet) and conditions at or near standard ambient day types).

[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 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.[0053] In a boost pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 enters compressor 444, where it is compressed and heated. The compressed and heated air from compressor 444 mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 through valve V6 to produce mixed air. The mixing point in this case is downstream of the compressor 444 and/or upstream of the at least one heat exchanger 420. When applied to an air conditioning package, the mixing point may be referred to as within the package. The mixed air enters heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the temperature required by chamber 402 to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V5. Additionally, cabin discharge air D1 is used to provide the energy to pressurize the bleed air entering compressor 444. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. The amount of work extracted by the turbine 445 is sufficient to rotate the air cycle machine 440 at the speed required by the compressor 444 to raise a bleed air pressure to a value that can drive the bleed air through the heat exchanger 420 and to chamber 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).[0054] The boost pressure mode may be used in flight conditions where the bleed air pressure entering the air cycle machine 440 is as low as 17.23 kPa (2.5 psi) below the pressure (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 ft) and conditions at or near standard ambient day types).

[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 descritos.[0055] The system 100 of Figure 1 will now be described with reference to Figure 6, in view of the example aircraft. Figure 6 depicts a schematic of a system 600 (e.g., an embodiment of the system 100) as it could be installed on an aircraft. Components of system 500 that are similar to system 400 and system 500 have been reused for ease of explanation, using the same identifiers, and are not reintroduced. An alternative component of system 600 is a V9 valve, along with the alternative paths described.

[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.[0056] In a high pressure mode of operation, high temperature and high pressure air is received from inlet 401 through valve V1. The high-temperature, high-pressure air enters the compressor 444. The compressor 444 pressurizes the high-pressure, high-temperature air and heats it in the process. This air then enters the heat exchanger 420 in a first pass and is cooled by dynamic pressure air. Air leaving the first pass of heat exchanger 420 then enters the second pass of heat exchanger 420 and is further cooled to produce cold high-pressure air. This cold high-pressure air enters through valve V9 of condenser 460 and water extractor 470, where the air is cooled and moisture removed. Cold high-pressure air enters turbine 443, where it is expanded and extracted for work. The work of the turbine 443 can drive both the compressor 444 and the fan 448. The fan 448 is used to pull dynamic pressure airflow through the heat exchanger 420. Also, through expansion and work extraction, the turbine 443 produces cold bleed air. After leaving the turbine 443, the cold bleed air is mixed at a mixing point with the recirculation air D2 supplied by the fan 480 through the valves of V6 and V7. The mixing point in this case is downstream of the compression device 440, which may also be referred to as downstream of the compressor 444 and/or downstream of the first turbine 443. When mixing the cold bleed air with the recirculation system, the 400 system uses recirculation air, which is warm and moist, to level out the cold bleed air (e.g., raise the temperature). This level bleed air in turn enters the low pressure side of condenser 460, cools the bleed air on the high pressure side of condenser 460, and is sent to condition chamber 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 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.[0057] It is noted that when operating in high pressure mode, it is possible for the air leaving compressor 444 to exceed a fuel autoignition temperature (e.g., 204.44°C (400°F) for the state stationary and 232.22°C (450°F) for the transient). In this situation, air from an outlet of the first pass of the heat exchanger 420 is channeled through valve V2 to an inlet of the compressor 444. This lowers an inlet temperature of the air entering the inlet of the compressor 444 and, as a result, the air exiting compressor 444 is below the fuel autoignition temperature.

[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.[0058] The high pressure mode of operation can be used in flight conditions when engine pressure is adequate to drive the cycle or when a temperature of chamber 402 requires it. For example, conditions such as grounding, taxiing, takeoff, climb, and maintenance conditions would cause the air cycle machine 440 to operate in a high pressure mode. Additionally, high altitude cruising conditions with extreme temperature could result in the 440 air cycle machine operating in high pressure mode.

[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 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.[0059] In a low pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 bypasses the air cycle machine 440 through valve V3 and passes directly through the first pass of the heat exchanger 420. Upon exiting the first pass, the Bleed air then mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 through valves V6, V7 to produce mixed air. The mixing point in this case is downstream of the compression device 440, which may also be termed as downstream of the compressor 444. This mixing point may also be termed as upstream of a second pass of the at least one heat exchanger. heat 420. When applied to an air conditioning package, the mixing point may be termed as inside the package. The mixed air enters the second pass of heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the required temperature by chamber 402, to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V9. Furthermore, the discharge air D1 from the chamber is used to keep the air cycle machine 440 rotating at a minimum speed. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. This work is used to rotate the 440 air cycle machine, for example, at a minimum speed of approximately 6,000 rpm. The air leaving the turbine 445 is then discharged overboard through the casing 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).[0060] The low pressure mode can be used in flight conditions where the pressure of the bleed air entering the air cycle machine 440 is greater than about 6.89 kPa (1 psi) above the pressure of the air cycle machine 440. chamber (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 feet) and conditions at or near standard ambient day types).

[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 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.[0061] In a boost pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 enters compressor 444, where it is compressed and heated. The compressed and heated air from compressor 444 passes through the first pass of heat exchanger 420 and then mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 through valves V6, V7 to produce mixed air. The mixing point in this case is downstream of the compression device 440, which may also be referred to as downstream of the compressor 444. The mixing point may also be referred to as upstream of a second pass of the at least one heat exchanger. heat 420. When applied to an air conditioning package, the mixing point may be termed as inside the package. The mixed air enters the second pass of heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the required temperature by chamber 402, to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V9. Additionally, cabin discharge air D1 is used to provide the energy to pressurize the bleed air entering compressor 444. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. The amount of work extracted by the turbine 445 is sufficient to rotate the air cycle machine 440 at the speed required by the compressor 444 to raise a bleed air pressure to a value that can drive the bleed air through the heat exchanger 420 and to chamber 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).[0062] The boost pressure mode may be used in flight conditions where the bleed air pressure entering the air cycle machine 440 is as low as 17.23 kPa (2.5 psi) below the pressure (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 ft) and conditions at or near standard ambient day types).

[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.[0063] The system 100 of Figure 1 will now be described with reference to Figure 7, in view of the aircraft example. Figure 7 depicts a schematic of a system 700 (e.g., an embodiment of the system 100) as it could be installed on an aircraft. Components of system 700 that are similar to systems 200, 500, and 500 have been reused for ease of explanation, using the same identifiers, and are not reintroduced. An alternative component of system 700 is a valve V10, along with alternative paths represented by dotted and dashed line 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 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.[0064] In a high pressure mode of operation, high temperature and high pressure air is received from inlet 401 through valve V1. The high-temperature, high-pressure air enters the compressor 444. The compressor 444 pressurizes the high-pressure, high-temperature air and heats it in the process. This air then enters the heat exchanger 420 in a first pass and is cooled by dynamic pressure air. Air leaving the first pass of heat exchanger 420 then enters the second pass of heat exchanger 420 and is further cooled to produce cold high-pressure air. This cold high-pressure air enters through valve V9 into the 550 reheater, where it is cooled; through condenser 360, where it is cooled by air from turbine 443; through the water extractor 570, where moisture from the air is removed; and again to reheater 550, where the air is heated to approximately an inlet temperature at valve V9. The heated and now dry high-pressure air enters turbine 443, where it is expanded and work is extracted. The work of turbine 443 can drive both compressor 444 and fan 448. Fan 448 is used to draw dynamic pressure airflow through heat exchanger 420. After leaving turbine 443, cold air, typically below freezing, cools the warm, moist air in condenser 560. Downstream of condenser 560, cold air leaving air cycle machine 440 mixes at a mixing point with recirculation air D4 supplied by fan 480 through valve V10 to produce mixed air. The mixing point in this case is downstream of the compression device 440, which can also be referred to as downstream of the compressor 444 and/or downstream of the first turbine 443. This mixed air is then sent to condition the chamber 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.[0065] It is noted that when operating in high pressure mode, it is possible for the air leaving compressor 444 to exceed a fuel autoignition temperature (e.g., 204.44°C (400°F) for the state stationary and 232.22°C (450°F) for the transient). In this situation, air from an outlet of the first pass of the heat exchanger 420 is channeled through valve V2 to an inlet of the compressor 444. This lowers an inlet temperature of the air entering the inlet of the compressor 444 and, as a result, the air exiting compressor 444 is below the fuel autoignition temperature.

[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 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.[0066] The high pressure mode of operation can be used in flight conditions when engine pressure is adequate to drive the cycle or when a temperature of chamber 402 requires it. For example, conditions such as grounding, taxiing, takeoff, climb, and maintenance conditions would cause the air cycle machine 240 to operate in high pressure mode. Additionally, high altitude cruising conditions with extreme temperature could result in the 240 air cycle machine operating in high pressure mode.

[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.[0067] In a low pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 bypasses the air cycle machine 440 through valve V3 and passes directly through the first pass of the heat exchanger 420. Upon exit through the first pass, The bleed air then mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 through valves V6, V10 to produce mixed air. The mixing point in this case is downstream of the compression device 440, which may also be termed as downstream of the compressor 444. This mixing point may also be termed as upstream of a second pass of the at least one heat exchanger. heat 420. The mixed air enters the second pass of heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the required temperature by chamber 402, to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V9. Furthermore, the discharge air D1 from the chamber is used to keep the air cycle machine 440 rotating at a minimum speed. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. This work is used to rotate the 440 air cycle machine, for example, at a minimum speed of approximately 6,000 rpm. The air leaving the turbine 445 is then discharged overboard through the casing 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 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).[0068] The low pressure mode may be used in flight conditions where the pressure of the bleed air entering the air cycle machine 440 is greater than about 6.89 kPa (1 psi) above the air pressure. chamber (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 feet) and conditions at or near standard ambient day types).

[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.[0069] In a boost pressure mode of operation, bleed air from inlet 401 enters compressor 444, where it is compressed and heated. The compressed and heated air from compressor 444 passes through the first passage of heat exchanger 420 and then mixes at a mixing point with recirculation air D2 supplied by fan 480 through valve V6 to produce mixed air. The mixing point in this case is downstream of the compression device 440, which may also be termed as downstream of the compressor 444. This mixing point may also be termed as upstream of a second pass of the at least one heat exchanger. heat 420. The mixed air enters the second pass of heat exchanger 420, where it is cooled by dynamic pressure air to the required temperature by chamber 402, to produce cold air. The cold air then goes directly to chamber 402 via valve V9. Additionally, cabin discharge air D1 is used to provide the energy to pressurize the bleed air entering compressor 444. That is, chamber discharge air D1 flowing from chamber 402 through valve V4 enters and expands through turbine 445 so that work is extracted. The amount of work extracted by the turbine 445 is sufficient to rotate the air cycle machine 440 at the speed required by the compressor 444 to raise a bleed air pressure to a value that can drive the bleed air through the heat exchanger 420 and to chamber 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).[0070] The boost pressure mode may be used in flight conditions where the bleed air pressure entering the air cycle machine 440 is as low as 17.23 kPa (2.5 psi) below the pressure (e.g., cruising conditions where altitudes are above 9.14 km (30,000 ft) and conditions at or near standard ambient day types).

[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.[0071] In view of the above, one or more embodiments may comprise a system, which comprises: an input that provides a first means; an input that provides a second means; a compression device comprising a compressor and a turbine, wherein the compression device is in communication with the inlet supplying the first medium, and wherein the turbine is downstream of the compressor; and at least one heat exchanger located downstream of the compressor, wherein an outlet of the at least one heat exchanger is in fluid communication with a compressor inlet and a turbine inlet.

[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.[0072] One or more embodiments may further comprise the above system, wherein the first medium is fresh air and the second medium is air from a pressurized volume.

[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.[0073] One or more embodiments may further include any of the above systems, wherein a second turbine of the compression device is in communication with the inlet supplying the second medium.

[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.[0074] One or more embodiments may further comprise any of the above systems that is configurable to operate in at least two modes comprising a first mode and a second mode; wherein, in the first mode, the first medium is mixed with the second medium at a first mixing point; and wherein, in the second mode, the first medium is mixed with the second medium at a second mixing point.

[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.[0075] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mixing point is located downstream of the compressor 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.[0076] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mixing point is located at an inlet of the at least one heat exchanger.

[0077] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o segundo ponto de mistura está a jusante da turbina.[0077] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the second mixing point is downstream of the turbine.

[0078] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de baixa pressão.[0078] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mode is a low pressure mode.

[0079] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de reforço.[0079] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mode is a reinforcement mode.

[0080] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o segundo modo é um modo de alta pressão.[0080] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the second mode is a high pressure mode.

[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.[0081] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the at least one heat exchanger comprises a plurality of passages through which the medium flows.

[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.[0082] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mixing point is downstream of a first pass of the plurality of passes.

[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.[0083] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the second turbine receives the means to maintain a minimum speed of the compression device when the system is operating in the first mode.

[0084] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de reforço.[0084] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mode is a reinforcement mode.

[0085] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de baixa pressão.[0085] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mode is a low pressure mode.

[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 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.[0086] In view of the above, one or more embodiments may comprise a system, which comprises: an input that provides a first means; an input that provides a second means; a compression device comprising a compressor and a turbine, wherein the compression device has the inlet supplying the first means, and wherein the turbine is downstream of the compressor; and at least one heat exchanger located downstream of the compressor, wherein the at least one heat exchanger comprises a first passage and a second passage, wherein an outlet of the first passage of the at least one heat exchanger is in fluid communication with a compressor inlet, and wherein an outlet of the second passage of the at least one heat exchanger is in fluid communication with an inlet of the turbine.

[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.[0087] One or more embodiments may further comprise the above system, wherein the first medium is fresh air and the second medium is air from a pressurized volume.

[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.[0088] One or more embodiments may further include any of the above systems, wherein a second turbine of the compression device is in communication with the inlet supplying the second medium.

[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.[0089] One or more embodiments may further comprise any of the above systems that is configurable to operate in at least two modes comprising a first mode and a second mode; wherein, in the first mode, the first medium is mixed with the second medium at a first mixing point; and wherein, in the second mode, the first medium is mixed with the second medium at a second mixing point.

[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.[0090] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, in which the first mixing point is downstream of the 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.[0091] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mixing point is located at an inlet of the at least one heat exchanger.

[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.[0092] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the at least one heat exchanger comprises a plurality of passages through which the medium flows.

[0093] 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.[0093] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mixing point is downstream of a first pass of the plurality of passes.

[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.[0094] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the second turbine receives the means to maintain a minimum speed of the compression device when the system is operating in the first mode.

[0095] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de reforço.[0095] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mode is a reinforcement mode.

[0096] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o primeiro modo é um modo de baixa pressão.[0096] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the first mode is a low pressure mode.

[0097] Uma ou mais modalidades podem compreender ainda qualquer um dos sistemas acima, em que o segundo modo é um modo de alta pressão.[0097] One or more embodiments may further comprise any of the above systems, wherein the second mode is a high pressure mode.

[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.[0098] Aspects of the embodiments are described herein with reference to flowchart illustrations, schematic representations and/or block diagrams of methods, apparatus and/or systems in accordance with the embodiments. Furthermore, descriptions of the various embodiments have been presented for purposes of illustration, but are not intended to be exhaustive or limited to the disclosed embodiments. Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and essence of the described embodiments. The terminology used in this document was chosen to better explain the principles of embodiments, practical application or technical improvement in relation to technologies found on the market, or to enable others skilled in the art to understand the embodiments disclosed herein.

[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 “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.[0099] The terminology used in this document is intended to describe specific embodiments only and is not intended to be limiting. As used here, the singular forms “a,” “an,” “the,” and “a” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It will further be understood that the terms “comprises” and/or “comprising”, when used in this specification, specify the presence of indicated characteristics, integers, steps, operations, elements and/or components, but does not preclude the presence or addition of other characteristics, integers, steps, operations, element components and/or groups thereof.

[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.[00100] The flowcharts represented here are just an example. There may be many variations in this diagram or in the steps (or operations) described herein without departing from the essence of the embodiments herein. For example, steps can be performed in a different order, or steps can be added, deleted, or modified. All of these variations are considered a part of the claims.

[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.[00101] Although the preferred embodiment has been described, it will be understood that those skilled in the art, both now and in the future, can make various improvements and intensifications that fall within the scope of the claims that follow. These claims must be interpreted to maintain adequate protection.

Claims

1. Environmental control system (100, 200, 300, 400) configurable to operate in at least two modes comprising a first mode and a second mode, characterized by the fact that it comprises: an inlet that provides fresh air; an inlet that supplies air from a pressurized volume; a compression device (120, 440) comprising a compressor (245, 444), a turbine (142, 242, 244, 443, 445), and a second turbine (142, 242, 244, 443, 445), in that the compression device (120, 440) is in communication with the inlet supplying fresh air and the second turbine (142, 242, 244, 443, 445) is in communication with the inlet supplying air from a pressurized volume, and in which the turbine (142, 242, 244, 443, 445) is downstream of the compressor (245, 444); and at least one heat exchanger (110, 130, 250, 420) located downstream of the compressor (245, 444), wherein an outlet of the at least one heat exchanger (110, 130, 250, 420) is in communication of fluid with a compressor inlet (245, 444) and a turbine inlet (142, 242, 244, 443, 445), wherein, in the first mode, fresh air is mixed with air from a pressurized volume at a first mixing point, and wherein, in the second mode, fresh air is mixed with air from a pressurized volume at a second mixing point.

2. System (100, 200, 300, 400) according to claim 1, characterized by the fact that the first mixing point is located downstream of the compressor (245, 444).

3. System (100, 200, 300, 400) according to claim 1, characterized in that the first mixing point is located at an inlet of the at least one heat exchanger (110, 130, 250, 420) .

4. System (100, 200, 300, 400) according to claim 1, characterized in that the second mixing point is located downstream of the turbine (142, 242, 244, 443, 445).

5. System (100, 200, 300, 400) according to claim 1, characterized by the fact that the first mode is a low pressure mode.

6. System (100, 200, 300, 400) according to claim 1, characterized in that the first mode is a reinforcement mode.

7. System (100, 200, 300, 400) according to claim 1, characterized by the fact that the second mode is a high pressure mode.

8. Environmental control system (100, 200, 300, 400), characterized by the fact that it comprises: an inlet that provides fresh air; an inlet that supplies air from a pressurized volume; a compression device (120, 440) comprising a compressor (245, 444), a turbine (142, 242, 244, 443, 445), and a second turbine (142, 242, 244, 443, 445), in that the compression device (120, 440) is in communication with the inlet supplying fresh air and the second turbine (142, 242, 244, 443, 445) is in communication with the inlet supplying air from a pressurized volume, and in which the turbine (142, 242, 244, 443, 445) is downstream of the compressor (245, 444) in relation to a fresh air flow path; and at least one heat exchanger (110, 130, 250, 420) located downstream of the compressor (245, 444), wherein the at least one heat exchanger (110, 130, 250, 420) comprises a first passage and a second passage, both the first passage and the second passage being disposed downstream of the compressor (245, 444) relative to the fresh air flow path, wherein an outlet of the first passage of the at least one heat exchanger (110, 130, 250, 420) is in fluid communication with a compressor inlet (245, 444) such that at least a portion of the fresh air at the first pass outlet is returned to the compressor inlet (245, 444), and then that an outlet of the second pass of the at least one heat exchanger (110, 130, 250, 420) is in fluid communication with an inlet of the turbine (142, 242, 244, 443, 445).

9. System (100, 200, 300, 400) according to claim 8, characterized by the fact that it is configurable to operate in at least two modes comprising a first mode and a second mode, wherein, in the first mode, the first medium is mixed with the second medium at a first mixing point, and wherein, in the second mode, the first medium is mixed with the second medium at a second mixing point.

10. System (100, 200, 300, 400) according to claim 9, characterized in that the first mixing point is downstream of the compressor (245, 444).