BR102017010900B1 - Dispositivo de compressão, e, sistema de controle ambiental de uma aeronave - Google Patents

Abstract

Um avião é fornecido. O avião inclui um dispositivo de compressão, incluindo uma turbina e um compressor. A turbina inclui uma primeira e uma segunda entradas e fornece energia por meio da expansão de um ou mais meios. A primeira entrada recebe um primeiro meio de um ou mais meios. A segunda entrada recebe um segundo meio dos um ou mais meios. O compressor recebe uma primeira energia derivada do primeiro e segundo meios sendo expandida através da turbina durante um primeiro modo do dispositivo de compressão, receber uma segunda energia derivada do primeiro meio sendo expandida através da turbina durante um segundo modo do dispositivo de compressão e comprimir o segundo meio de acordo com o primeiro modo ou o segundo modo.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Em geral, os sistemas de condicionamento de ar contemporâneos são abastecidos por uma pressão em cruzeiro que é de aproximadamente 30 psig a 35 psig. Hoje, a tendência na indústria aeroespacial é para sistemas com eficiência mais alta. Uma abordagem para melhorar a eficiência do avião é eliminar o ar de sangria totalmente e usar energia elétrica para comprimir o ar externo. Uma segunda abordagem é usar pressão do motor mais baixa. A terceira abordagem é usar a energia no ar de sangria para comprimir o ar externo e trazê-lo para a cabine.

BREVE DESCRIÇÃO

[002] De acordo com uma ou mais modalidades, é proporcionado um dispositivo de compressão. O dispositivo de compressão compreende uma turbina que compreende uma primeira entrada e uma segunda entrada e é configurado para fornecer energia pela expansão de um ou mais meios. A primeira entrada está configurada para receber um primeiro meio dos um ou mais meios. A segunda entrada está configurada para receber um segundo meio dos um ou mais meios. O dispositivo de compressão compreende um compressor configurado para receber uma primeira energia derivada do primeiro e segundo meios sendo expandida através da turbina durante um primeiro modo do dispositivo de compressão, receber uma segunda energia derivada do primeiro meio sendo expandida através da turbina durante um segundo modo do dispositivo de compressão e comprimir o segundo meio de acordo com o primeiro modo ou o segundo modo.

[003] De acordo com uma ou mais modalidades ou a modalidade do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende uma ventoinha configurada para receber a primeira energia durante o primeiro modo e a segunda energia durante o segundo modo.

[004] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende uma turbina de potência configurada para fornecer uma terceira energia ao expandir um terceiro meio dos um ou mais meios, em que o compressor está configurado para receber a terceira energia do terceiro meio expandido através da turbina de potência.

[005] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha, uma segunda turbina e um eixo.

[006] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, a ventoinha pode ser acionada por meio do eixo pelo primeiro meio que se expande através da segunda turbina.

[007] De acordo com uma ou mais modalidades ou a modalidade do avião acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha acionada por um motor.

[008] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o primeiro meio e o segundo meio podem ser misturados na turbina durante o primeiro modo.

[009] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o primeiro meio e o segundo meio são misturados a jusante da turbina durante o segundo modo.

[0010] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o primeiro meio pode ser ar de sangria e o segundo meio pode ser ar fresco.

[0011] De acordo com uma ou mais modalidades, um sistema de controle ambiental de uma aeronave pode que compreende qualquer uma das modalidades do dispositivo de compressão acima.

[0012] De acordo com uma ou mais modalidades, é proporcionado um dispositivo de compressão. O dispositivo de compressão compreende: uma primeira turbina configurada para fornecer uma primeira energia expandindo um primeiro meio; uma segunda turbina configurada para fornecer uma segunda energia expandindo um segundo meio; e um compressor. O compressor é configurado para receber a primeira energia e a segunda energia durante um primeiro modo do dispositivo de compressão, receber a primeira energia durante um segundo modo do dispositivo de compressão e comprimir o segundo meio de acordo com o primeiro modo ou o segundo modo.

[0013] De acordo com uma ou mais modalidades ou a modalidade do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende uma ventoinha configurada para receber: a primeira energia e a segunda energia durante o primeiro modo e a primeira energia durante o segundo modo.

[0014] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a primeira turbina; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha, uma terceira turbina e um eixo.

[0015] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, a ventoinha pode ser acionada por meio do eixo pelo primeiro meio que se expande através da segunda turbina.

[0016] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer modalidade de dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a primeira turbina, a segunda turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha acionada por um motor.

[0017] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, a segunda turbina pode que compreende uma turbina de entrada dupla configurada para funcionar como uma turbina de potência durante um segundo modo pela expansão de um terceiro meio para proporcionar um terceiro ao compressor.

[0018] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a primeira turbina; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha, uma terceira turbina e um eixo.

[0019] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer modalidade de dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a primeira turbina, a segunda turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha acionada por um motor.

[0020] De acordo com uma ou mais modalidades, é proporcionado um dispositivo de compressão. O dispositivo de compressão compreende uma primeira turbina configurada para receber e expandir um primeiro meio; uma segunda turbina configurada para receber e expandir um segundo meio; e um compressor. O compressor está configurado para receber uma primeira energia da expansão do primeiro meio pela primeira turbina e comprimir o segundo meio na primeira energia; e uma ventoinha configurada para receber uma segunda energia a partir da expansão do segundo meio pela segunda turbina.

[0021] De acordo com uma ou mais modalidades ou a modalidade do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende uma turbina de potência configurada para fornecer uma terceira energia ao expandir um terceiro meio, em que o compressor está configurado para receber a terceira energia do terceiro meio expandido através da turbina de potência.

[0022] De acordo com uma ou mais modalidades, é proporcionado um dispositivo de compressão. O dispositivo de compressão compreende uma turbina que compreende uma primeira entrada configurada para receber uma mistura de um primeiro meio e um segundo meio e uma segunda entrada configurada para receber o primeiro meio, em que a turbina é configurada para fornecer uma primeira energia expandindo a mistura e para fornecer uma segunda energia pela expansão do primeiro meio. O dispositivo de compressão compreende um compressor configurado para receber a primeira energia da turbina durante um primeiro modo do dispositivo de compressão, receber a segunda energia do primeiro meio durante um segundo modo do dispositivo de compressão e comprimir o segundo meio de acordo com o primeiro modo ou o segundo modo.

[0023] De acordo com uma ou mais modalidades ou a modalidade do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende uma ventoinha configurada para receber a primeira energia durante o primeiro modo e a segunda energia durante o segundo modo.

[0024] De acordo com uma ou mais modalidades ou quaisquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende uma turbina de potência configurada para fornecer uma terceira energia ao expandir um terceiro meio, em que o compressor está configurado para receber a terceira energia do terceiro meio expandido através da turbina de potência.

[0025] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha, uma segunda turbina e um eixo.

[0026] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, a ventoinha pode ser acionada por meio do eixo pelo primeiro meio que se expande através da segunda turbina.

[0027] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer modalidade de dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode que compreende um primeiro componente compreendendo a turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, compreendendo uma ventoinha acionada por um motor.

[0028] Características e vantagens adicionais são atingidas por meio de técnicas das modalidades deste documento. Outras modalidades são descritas em detalhes aqui e são consideradas como parte das reivindicações. Para uma melhor compreensão das modalidades com as vantagens e as características, consultar a descrição e as figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0029] O assunto é particularmente salientado e distintamente reivindicado nas reivindicações na conclusão da especificação. Os precedentes e outras características e vantagens da invenção são evidentes a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conjunto com as figuras anexas nas quais: A FIG. 1 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade; A FIG. 2 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 3 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 4 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 5 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 6 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 7 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 8 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 9 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 10 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 11 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; A FIG. 12 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade; e A FIG. 13 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0030] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método divulgadas são apresentadas neste documento por meio de exemplificação e sem limitação com referência às FIGS.

[0031] As modalidades neste documento proporcionam um sistema de controle ambiental de uma aeronave que mistura meios de diferentes fontes e utiliza as diferentes fontes de energia para alimentar o sistema de controle ambiental e para proporcionar pressurização e arrefecimento na cabine com alta eficiência de queima de combustível. O meio pode ser geralmente ar, embora outros exemplos incluam gases, líquidos, sólidos fluidizados ou pastas.

[0032] Voltando à FIG. 1, um esquema de um sistema de controle ambiental é representado de acordo com uma modalidade não limitativa (isto é, um sistema 100), como poderia ser instalado em uma aeronave. O exemplo de aeronave não pretende ser limitativo, uma vez que são contempladas modalidades alternativas.

[0033] Conforme ilustrado na FIG. 1, o sistema 100 pode receber um primeiro meio F1 a partir de uma entrada 101 e proporcionar uma forma condicionada do primeiro meio F1, como indicado por setas com revestimento fino sólido, que eventualmente é uma porção de um meio misturado (descrito aqui) fornecido a um volume 102. Em vista da modalidade de aeronave acima, o primeiro meio F1 pode ser ar de sangria, que é ar pressurizado fornecido a ou proveniente de (sendo "sangrado" de) um motor ou unidade de potência auxiliar da aeronave. Deve ser notado que a temperatura, umidade e pressão do ar de sangria podem variar amplamente dependendo de um estágio do compressor e das revoluções por minuto do motor. Geralmente, o ar de sangria descrito neste documento é ar de alta pressão. O volume 102 pode ser ar pressurizado dentro de uma cabine de aeronave ou um convés de voo e cabine de aeronave combinados. Geralmente, o ar pressurizado descrito neste documento está a uma pressão que cria um ambiente seguro e confortável para os seres humanos na aeronave.

[0034] O sistema 100 pode receber um segundo meio F2 a partir de uma entrada 103 e proporcionar uma forma condicionada do segundo meio F2, como indicado por setas pontilhadas, que eventualmente é uma porção do meio misturado fornecido ao volume 102. O segundo meio F2 pode ser ar fresco, que pode ser externo ao ar destinado a entrar no volume 102. O ar externo pode ser adquirido por um ou mais mecanismos de escavação, tais como uma escavação de impacto ou de descarga. Assim, a entrada 103 pode ser considerada uma entrada de ar fresco ou uma entrada de ar externo. Geralmente, o ar fresco descrito neste documento está a uma pressão ambiente fora da aeronave em relação à altitude.

[0035] O sistema 100 pode receber ainda um terceiro meio F3 a partir do volume 102, como indicado por setas com pontos tracejados. O terceiro meio F3 pode ser ar de descarga da cabine, que pode ser ar saindo do volume 102 e despejado/descarregado no mar. Por exemplo, o ar de descarga da cabine pode ser fornecido a um destino, tal como uma saída 104. Exemplos da saída 104 podem incluir, mas não estão limitados a, um circuito ram (que é despejado no mar) e/ou uma válvula de saída (que é despejada no mar).

[0036] De acordo com modalidades não limitativas, o sistema 100 pode executar ou extrair trabalho a partir do ar de descarga da cabine. Desta maneira, o ar pressurizado do volume pode ser utilizado pelo sistema 100 para conseguir certas operações necessárias a diferentes altitudes. Por exemplo, o sistema 100 pode fornecer uma forma condicionada do terceiro meio F3 como uma porção do meio misturado fornecido para o volume 102 e/ou outro sistema (por exemplo, cabine da aeronave, convés de voo combinado e cabine de aeronave, um sistema de controle de pressão de cabine). Em uma modalidade não limitante, o ar pressurizado pode ser reabastecido ao volume 102. Este ar pressurizado reabastecido pode ser referido como ar de recirculação (por exemplo, ar que é recirculado no interior do volume 102).

[0037] Assim, com base nos modos de operação, o sistema 100 pode misturar o primeiro meio F1, o segundo meio F2 e/ou o terceiro meio F3 nos diferentes pontos de mistura dentro do sistema 100 para produzir o meio misturado, pelas setas de linha sólida. O meio misturado pode ser ar misturado que satisfez as exigências de ar fresco estabelecidas por organizações de aviação. O sistema 100 ilustra o ponto de mistura M1 e M2, que não são limitativos.

[0038] O sistema 100 pode que compreende um circuito de ram. O circuito de ram compreende um invólucro 105 que encerra um ou mais permutadores de calor. O invólucro 105 pode receber e direcionar um meio (tal como o ar de ram descrito neste documento) através do sistema 100. Os permutadores de calor são dispositivos construídos para transferência de calor eficiente de um meio para outro. Exemplos de permutadores de calor incluem permutadores de calor de tubo duplo, invólucro e tubo, placa, placa e invólucro, roda adiabática, aleta de placa, placa tipo almofada (pillow plate) e trocadores de calor de fluido.

[0039] Os um ou mais permutadores de calor envolvidos pelo invólucro 105 podem ser referidos como permutadores de calor ram. Os permutadores de calor ram recebem ar de impacto (ram air), que pode ser o ar exterior forçado através do invólucro 105, como um dissipador de calor para arrefecer o ar de sangria (por exemplo, o primeiro meio F1) e/ou ar fresco (por exemplo, o segundo meio F2). Conforme ilustrado na FIG. 1, o invólucro 105 compreende um permutador de calor primário 106 e um permutador de calor secundário 107. Em uma modalidade não limitativa, um escape do ar de descarga da cabine pode ser liberado através do invólucro 105 do circuito ram e utilizado em conjunto ou no lugar do ar de impacto.

[0040] Também, tal como ilustrado na FIG. 1, o sistema pode incluir um permutador de calor de saída 108. Em uma modalidade não limitativa, um escape do ar de descarga da cabine (por exemplo, o terceiro meio F3) pode ser liberado através da válvula de descarga (também conhecida como válvula de controle de saída e válvula de saída de recuperação de impulso). Por exemplo, quando o terceiro meio F3 do permutador de calor de saída 108 é acoplado à válvula de saída, o permutador de calor de saída 108 aumenta a energia no terceiro meio F3, o que aumenta o impulso recuperado pela válvula de saída. Note-se que a queda de pressão a uma altitude elevada entre o mar e um dentre a entrada 101, o volume 102 e a entrada 103 pode fazer com que um meio correspondente seja puxado através dos componentes do sistema 100.

[0041] O sistema 100 pode que compreende um dispositivo de compressão 109. O dispositivo de compressão 109 pode que compreende um compressor 112, uma turbina 113, uma turbina de potência 114, uma ventoinha 116 e um eixo 118.

[0042] O dispositivo de compressão 109 é um dispositivo mecânico que inclui componentes para realização de trabalho termodinâmico no meio (por exemplo, extração ou trabalho no primeiro meio F1, no segundo meio F2 e/ou no terceiro meio F3 ao aumentar e/ou baixar a pressão e pelo aumento e/ou diminuição da temperatura). Exemplos do dispositivo de compressão 109 incluem uma máquina de ciclo de ar, uma máquina de ciclo de ar de três rodas, uma máquina de ciclo de ar de quatro rodas, etc.

[0043] O compressor 112 é um dispositivo mecânico que aumenta a pressão de um meio e pode ser acionado por outro dispositivo mecânico (por exemplo, um motor ou um meio através de uma turbina). Exemplos de tipos de compressores incluem centrífugos, diagonais ou de fluxo misturado, de fluxo axial, alternativos, de pistão de líquido iônico, de parafuso rotativo, de palheta rotativa, de labirinto, de diafragma, de bolha de ar, etc. Conforme ilustrado na FIG. 1, o compressor 112 pode receber e pressurizar o segundo meio F2 a partir da entrada 103.

[0044] A turbina 113 e a turbina de energia 114 são dispositivos mecânicos que expandem e extraem o trabalho a partir de um meio (também referida como energia de extração). No dispositivo de compressão 109, a turbina aciona o compressor 112 e a ventoinha 116 através do eixo 118. A turbina 113 pode ser uma turbina de entrada dupla que inclui uma pluralidade de trajetos de fluxo de gás de entrada, tal como um caminho de fluxo interno e um caminho de fluxo externo, para permitir mistura de fluxos de meio alternativos na saída da turbina. O trajeto de fluxo interno pode ser um primeiro diâmetro e o trajeto de fluxo externo pode ser um segundo diâmetro. A turbina de energia 114 pode proporcionar assistência de energia à turbina 113 com base no modo de operação do sistema (como descrito neste documento). Em uma modalidade não limitativa, a turbina 113 pode que compreende um primeiro bocal configurado para acelerar o primeiro meio para entrada em um impulsor de turbina e um segundo bocal é configurado para acelerar o segundo meio para entrada no impulsor de turbina. O impulsor de turbina pode ser configurado com um primeiro trajeto de gás configurado para receber o primeiro meio a partir do primeiro bocal e com um segundo trajeto de gás configurado para receber o segundo meio a partir do segundo bocal.

[0045] A ventoinha 116 (por exemplo, um ventilador de ar de impacto como mostrado na FIG. 1) é um dispositivo mecânico que pode forçar através do método de empurrar ou puxar o meio (por exemplo, ar de impacto) através do invólucro 105 pelos permutadores de calor 106 e 107 a um uma refrigeração variável para controlar as temperaturas.

[0046] O sistema 100 compreende também um extrator de água 151, um condensador 162 e um extrator de água 164. O extrator de água 151 e o extrator de água 164 são dispositivos mecânicos que realizam um processo de extração de água de um meio. O condensador 160 é um determinado tipo de permutador de calor (outro exemplo inclui um reaquecedor). Em uma modalidade não limitativa, um condensador e/ou um extrator de água podem se combinar para ser um separador de água de alta pressão que remove a umidade a uma pressão mais elevada dentro de um sistema de controle ambiental (por exemplo, a jusante do permutador de calor primário 106). Um separador de água de baixa pressão remove a umidade a uma pressão mais baixa dentro de um sistema de controle ambiental, tal como a uma pressão de descarga da turbina (por exemplo, ar misturado que sai da turbina 113).

[0047] Os elementos do sistema 100 são conectados via válvulas, tubos, canos e semelhantes. Válvulas (por exemplo, dispositivo de regulação de fluxo ou válvula de fluxo de massa) são dispositivos que regulam, direcionam e/ou controlam um fluxo de um meio abrindo, fechando ou obstruindo parcialmente várias passagens dentro dos tubos, canos, etc. do sistema 100. As válvulas podem ser operadas por acionadores, de modo que taxas de fluxo do meio em qualquer porção do sistema 100 possam ser reguladas até um valor desejado. Por exemplo, uma válvula V1 controla se um fluxo do segundo meio F2 do permutador de calor secundário 107 ultrapassa o condensador 162 de acordo com um modo do sistema 100. Além disso, a válvula V2 controla se um fluxo do terceiro meio F3 do volume 102 contorna a turbina de potência 114 de acordo com um modo do sistema 100. Note que uma combinação de componentes e elementos do sistema 100 pode ser denominada como um pacote de condicionamento de ar ou um pacote. O pacote pode existir entre a entrada 101, o volume 102, a entrada 103, a saída 104 e um escape do invólucro 105.

[0048] As modalidades operacionais do sistema 100 da FIG. 1 serão agora descritas em relação a uma aeronave. O sistema 100 pode ser referido como um sistema pneumático avançado que mistura ar fresco (por exemplo, o segundo meio F2) com ar de sangria (por exemplo, o primeiro meio F1) para produzir ar misturado (por exemplo, o meio misturado) de acordo com estas modalidades operacionais. A turbina (de entrada dupla) 113, o compressor 112 e a ventoinha 116 podem receber energia a partir do ar de sangria, do ar de descarga da cabine (por exemplo, o terceiro meio F3) e do ar fresco. As modalidades operacionais podem ser descritas como modos ou modos operacionais. Um primeiro modo, que pode ser usado para condições de voo no solo e/ou em baixa altitude (como condições ociosas, de táxi, de decolagem e de espera), é uma operação de baixa altitude da aeronave. Um segundo modo, que pode ser usado para condições de voo em alta altitude (como as condições de voo de alta altitude em cruzeiro, escalada e descida), é uma operação em alta altitude da aeronave.

[0049] Quando o sistema 100 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do ar de sangria através da turbina 113 para comprimir o ar fresco. O ato de compressão do ar fresco adiciona energia ao ar fresco e essa energia também é utilizada para acionar a ventoinha 116 e o compressor 112, em um efeito de arranque. É notado que, no primeiro modo, a válvula V2 direciona o ar de descarga da cabine para contornar a turbina de potência 114 e escoar para a saída 104, uma vez que a energia adicional não é necessária para compressão.

[0050] Por exemplo, no primeiro modo, o ar de sangria de alta pressão e alta temperatura do motor ou da unidade de potência auxiliar (por exemplo, a entrada 101) entra no permutador de calor primário 106. O permutador de calor primário 106 arrefece o ar de sangria de alta pressão e alta temperatura para uma temperatura quase ambiente para produzir ar de sangria de alta pressão arrefecido. O ar de sangria de alta pressão arrefecido entra no condensador 162, onde é arrefecido (e desumidificado) para produzir ar de sangria de alta pressão frio. Observe que o dissipador de calor usado pelo condensador 162 pode ser o ar misturado saindo da turbina 113 do dispositivo de compressão 109. O ar de sangria de alta pressão frio flui através do extrator de água 164, onde a umidade pode ser removida para produzir o ar de sangria de alta pressão seco frio. Note que a combinação de condensador 162 e o extrator de água 164 pode ser considerada um extrator de água de alta pressão, porque o ar de sangria recebido pelo condensador 162 está na pressão mais alta no sistema 100. O ar de sangria de alta pressão seco frio entra na turbina 113. O ar de sangria de alta pressão seco frio entra na turbina 113 através de um primeiro bocal, onde é expandido e extraído.

[0051] O trabalho extraído pela turbina 113 aciona o compressor 112 utilizado para comprimir o ar fresco e aciona a ventoinha 116 utilizada para mover o ar de impacto através dos permutadores de calor de ar de impacto (por exemplo, o permutador de calor primário 106 e o permutador de calor secundário 107). O ato de compressão do ar fresco o aquece (e comprime) para produzir ar fresco comprimido, que está a uma pressão média (ou seja, ar fresco de pressão média). O ar fresco de média pressão entra no trocador de calor de saída 108 e é resfriado pelo ar de descarga da cabine para produzir ar fresco de pressão média arrefecido. O ar fresco de pressão média arrefecido entra no permutador de calor secundário 107, onde é ainda mais arrefecido a uma temperatura quase ambiente para produzir ar fresco pressurizado arrefecido. O ar fresco pressurizado arrefecido entra então no extrator de água 151 onde qualquer umidade livre no ar fresco pressurizado arrefecido é removida para produzir ar fresco pressurizado arrefecido seco. Este ar fresco pressurizado arrefecido seco é então direcionado pela válvula V1 para a turbina 113. O ar fresco pressurizado arrefecido seco entra na turbina 113 através de um segundo bocal, onde é expandido e extraído.

[0052] Os dois fluxos de ar (isto é, o ar fresco proveniente do extrator de água 151 e o ar de sangria do extrator de água 164) são misturados na turbina 113 (por exemplo, no ponto de mistura M1 como mostrado) para produzir o ar misturado. O ar misturado deixa a turbina 113 e entra no condensador 162 (para arrefecer o ar de sangria de alta pressão arrefecido saindo do permutador de calor primário 106 no condensador 162). O ar misturado é então enviado para condicionar o volume 102.

[0053] Quando o sistema 100 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o sistema 100 pode operar em uma maneira semelhante à operação de baixa altitude. Por exemplo, o compressor 112 recebe energia a partir do ar de sangria através da turbina 113 para comprimir o ar fresco. O ato de compressão do ar fresco adiciona energia ao ar fresco. No entanto, esta energia não é suficiente para direcionar ainda mais o compressor 112. O compressor 112 então também recebe energia do ar de descarga de cabine através da turbina de potência 114 (a válvula V2 direciona o terceiro meio F3 para a turbina de potência 114), que costumava aumentar uma quantidade de ar comprimido no compressor 112. Além disso, o ar fresco pressurizado arrefecido seco que sai do extrator de água 151 também é direcionado pela válvula V1 a um ponto de mistura M2 de modo que o ar fresco é misturado a jusante da turbina 113 (em vez de nela mesma). Além disso, no segundo modo, as exigências de ar fresco podem ser satisfeitas ao misturar o ar sangrado com ar fresco, enquanto que uma quantidade de ar de sangria pode ser reduzida em 40% a 75% dependendo da altitude. Deste modo, o sistema 100 fornece a redução do ar de sangria variando de 40% a 75% para fornecer mais eficiências em relação à queima de combustível do motor do que sistemas de ar de aviões contemporâneos.

[0054] Voltando agora às FIGS. 2 e 3, as variações do sistema acima são mostradas como sistemas 200 e 300 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes do sistema acima que são semelhantes ao sistema 200 e 300 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. É notado que, nestes sistemas 200 e 300, o dispositivo de compressão 109 é dividido em múltiplos componentes, de modo que a ventoinha 116 pode estar localizada em um segundo eixo e acionada por um mecanismo diferente do compressor 112.

[0055] Voltando agora à FIG. 2, o sistema 200 é mostrado. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 200 incluem um dispositivo de compressão 209 que compreende um componente 210 e um componente 216. O componente 210 compreende o compressor 112, a turbina 113 e a turbina de potência 114 no mesmo eixo 118. O componente 216 compreende uma turbina 217, um eixo 218 e uma ventoinha 219. A turbina 217 do componente 216 está configurada para receber um fluxo de um primeiro meio F1.2 (por exemplo, ar de sangria) a partir da entrada 101, de modo que a energia do fluxo do primeiro meio F1.2 pode ser extraída pela turbina 217 e acionar a ventoinha 219 através do eixo 218.

[0056] Quando o sistema 200 está funcionando no primeiro modo (o funcionamento em baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia de um primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 113 para comprimir o segundo meio F2 (por exemplo, ar fresco). O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. A ventoinha 219 recebe energia a partir do segundo fluxo do primeiro meio F1.2 que passa através da turbina 217. É notado que a queda de pressão durante o primeiro modo entre a entrada 101 e o escape da turbina 215 pode fazer com que o segundo fluxo do primeiro meio F1.2 seja puxado através da turbina do sistema 200.

[0057] Quando o sistema 200 está funcionando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 113 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2; contudo, esta energia não é suficiente para acionar ainda mais o compressor 112. O compressor 112 então também recebe energia do terceiro meio F3 através da turbina de potência 114 (a válvula V2 direciona o terceiro meio F3 para a turbina de potência 114), que usada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.

[0058] Voltando agora à FIG. 3, o sistema 300 é mostrado. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 300 incluem um dispositivo de compressão 309 que compreende um componente 210 e um componente 316. O componente 316 compreende um motor 317, um eixo 318 e uma ventoinha 319. O motor 317 do componente 316 pode ser configurado para receber energia elétrica, o que permite que o motor 316 acione a ventoinha 319 através do eixo 318.

[0059] Quando o sistema 300 está funcionando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 113 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. A ventoinha 319 é acionada pelo motor 317.

[0060] Quando o sistema 300 está funcionando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 113 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2; contudo, esta energia não é suficiente para acionar ainda mais o compressor 112. O compressor 112 então também recebe energia do terceiro meio F3 através da turbina de potência 114 (a válvula V2 direciona o terceiro meio F3 para a turbina de potência 114), que é usada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.

[0061] Voltando agora às FIGS. 4, 5 e 6, as variações dos sistemas acima são mostradas como sistemas 400, 500 e 600 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes aos sistemas 400, 500 e 600 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos.

[0062] Com relação à FIG. 4, o sistema 400 é mostrado. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 400 incluem um dispositivo de compressão 409 que compreende adicionalmente turbinas de dupla utilização 413 e 415, juntamente com um ponto de mistura M3. As turbinas de dupla utilização 413 e 415, o compressor 112 e a ventoinha 116 podem receber energia a partir do primeiro meio F1 (por exemplo, ar de sangria) e do segundo meio F2 (por exemplo, ar fresco).

[0063] Quando o sistema 400 está funcionando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 e a ventoinha 116 recebem energia do ar de sangria através da turbina 415 e energia do ar fresco através da turbina 413. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o ar fresco. O ato de compressão do ar fresco adiciona energia ao ar fresco e essa energia também é utilizada para acionar a ventoinha 116 e o compressor 112, em um efeito de arranque.

[0064] Por exemplo, no primeiro modo, o ar de sangria de alta pressão e alta temperatura do motor ou da unidade de potência auxiliar (por exemplo, a entrada 101) entra no permutador de calor primário 106. O permutador de calor primário 106 arrefece o ar de sangria de alta pressão e alta temperatura para uma temperatura quase ambiente para produzir ar de sangria de alta pressão arrefecido. O ar de sangria de alta pressão arrefecido entra no condensador 162, onde é arrefecido (e desumidificado) para produzir ar de sangria de alta pressão frio. Observe que o dissipador de calor usado pelo condensador 162 pode ser o ar misturado saindo do dispositivo de compressão 409. O ar de sangria de alta pressão frio flui através do extrator de água 164, onde a umidade pode ser removida para produzir o ar de sangria de alta pressão seco frio. Note que a combinação de condensador 162 e o extrator de água 164 pode ser considerada um extrator de água de alta pressão, porque o ar de sangria recebido pelo condensador 162 está na pressão mais alta no sistema 100. O ar de sangria de alta pressão seco frio entra na turbina 415. O ar de sangria de alta pressão seco frio entra na turbina 415, onde é expandido e extraído.

[0065] O trabalho extraído pela turbina 415 aciona o compressor 112 utilizado para comprimir o ar fresco e aciona a ventoinha 116 utilizada para mover o ar de impacto através dos permutadores de calor de ar de impacto (por exemplo, o permutador de calor primário 106 e o permutador de calor secundário 107). O ato de compressão do ar fresco o aquece (e comprime) para produzir ar fresco comprimido, que está a uma pressão média (ou seja, ar fresco de pressão média). O ar fresco de média pressão entra no trocador de calor de saída 108 e é resfriado pelo ar de descarga da cabine (por exemplo, o terceiro meio F3) para produzir ar fresco de pressão média arrefecido. O ar fresco de pressão média arrefecido entra no permutador de calor secundário 107, onde é ainda mais arrefecido a uma temperatura quase ambiente para produzir ar fresco pressurizado arrefecido. O ar fresco pressurizado arrefecido entra então no extrator de água 151 onde qualquer umidade livre no ar fresco pressurizado arrefecido é removida para produzir ar fresco pressurizado arrefecido seco. Este ar fresco pressurizado arrefecido seco é então direcionado pela válvula V1 para a turbina 413. O ar fresco pressurizado arrefecido seco entra na turbina 413, onde é expandido e extraído.

[0066] Os dois fluxos de ar (isto é, o ar fresco proveniente da turbina 413 e o ar de sangria da turbina 415) são misturados para produzir o ar misturado. A mistura pode estar na turbina 415 (por exemplo, no ponto de mistura M3 como mostrado). O ar misturado deixa a turbina 162 (para arrefecer o ar de sangria de alta pressão arrefecido saindo do permutador de calor primário 106 no condensador 162). O ar misturado é então enviado para condicionar o volume 102.

[0067] Quando o sistema 400 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude elevada da aeronave), o sistema 400 pode funcionar de forma semelhante à operação de baixa altitude, mas para o ar fresco pressurizado arrefecido seco que sai do extrator de água 151 direcionado pela válvula V1 para um ponto de mistura M2. Isto é, o ar fresco é misturado a jusante do condensador 162 e/ou da turbina 415 em vez de na turbina. Além disso, no segundo modo, as exigências de ar fresco podem ser satisfeitas ao misturar o ar de sangria com ar fresco, enquanto que uma quantidade de ar de sangria pode ser reduzida em 40% a 60% dependendo da altitude. Deste modo, o sistema 400 fornece a redução do ar de sangria variando de 40% a 60% para fornecer mais eficiências em relação à queima de combustível do motor do que sistemas de ar de aviões contemporâneos. Deve ser notado que, no segundo modo, o compressor 112 e a ventoinha 116 recebem energia a partir do ar de sangria. O ato de compressão do ar fresco adiciona energia ao ar fresco.

[0068] Voltando agora às FIGS. 5 e 6, as variações dos sistemas acima são mostradas como sistemas 500 e 600 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes aos sistemas 500 e 600 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. É notado que, nestes sistemas 500 e 600, o dispositivo de compressão 409 é dividido em múltiplos componentes, de modo que a ventoinha 116 pode estar localizada em um segundo eixo e acionada por um mecanismo diferente do compressor 112.

[0069] Com relação à FIG. 5, o sistema 500 é mostrado. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 500 incluem um dispositivo de compressão 509 que compreende um componente 510 e o componente 216. O componente 510 compreende o compressor 112, a turbina 413 e a turbina 415 no mesmo eixo 118. O componente 216 compreende a turbina 217, o eixo 218 e a ventoinha 219. A turbina 217 do componente 216 está configurada para receber um fluxo de um primeiro meio F1.2 (por exemplo, ar de sangria) a partir da entrada 101, de modo que a energia do fluxo do primeiro meio F1.2 pode ser extraída pela turbina 217 e acionar a ventoinha 219 através do eixo 218.

[0070] Quando o sistema 500 está funcionando no primeiro modo (o funcionamento em baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia de um primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 415 e energia proveniente do segundo meio F2 (por exemplo, ar fresco) por meio da turbina 413. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. A ventoinha 219 recebe energia a partir do segundo fluxo do primeiro meio F1.2 que passa através da turbina 217. É notado que a queda de pressão durante o primeiro modo entre a entrada 101 e o escape da turbina 215 pode fazer com que o segundo fluxo do primeiro meio F1.2 seja puxado através da turbina do sistema 500.

[0071] Quando o sistema 500 está funcionando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 415 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2.

[0072] Voltando agora à FIG. 6, o sistema 600 é mostrado. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes ao sistema 600 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 600 incluem um dispositivo de compressão 609 que compreende o componente 510 e o componente 316. O componente 510 compreende o compressor 112, a turbina 413 e a turbina 415 no mesmo eixo 118. O componente 316 compreende o motor 317, o eixo 318 e a ventoinha 319. O motor 317 do componente 316 pode ser configurado para receber energia elétrica, o que permite que o motor 316 acione a ventoinha 319 através do eixo 318.

[0073] Quando o sistema 600 está funcionando no primeiro modo (o funcionamento em baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia de um primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 415 e energia proveniente do segundo meio F2 (por exemplo, ar fresco) por meio da turbina 413. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. A ventoinha 319 é acionada pelo motor 317.

[0074] Quando o sistema 600 está funcionando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 415 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2.

[0075] Voltando agora às FIGS. 7, 8 e 9, as variações dos sistemas acima são mostradas como sistemas 700, 800 e 900 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes aos sistemas 700, 800 e 900 600 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos.

[0076] Com respeito ao sistema 700 da FIG. 7, componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 700 incluem um dispositivo de compressão 709 que compreende adicionalmente uma turbina (dupla utilização) 713 e uma turbina 715, juntamente com o ponto de mistura M5. Observe que essa turbina 713 é uma turbina de entrada dupla, que o ponto de mistura M5 está a jusante dos permutadores de calor 106 e 107 e que o terceiro meio F3 pode ser fornecido a uma entrada do circuito de memória ram com base na operação de uma válvula v7. O escape da turbina 713 pode ser controlado por uma válvula V7, de modo que o fluxo de pode ser direcionado para uma saída 104 (para dentro do circuito ram) ou misturado na turbina 715 (ponto de mistura M5).

[0077] Quando o sistema 700 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 e a ventoinha 116 recebem energia a partir do primeiro meio F1 através da turbina 715 e energia a partir do segundo meio F2 através da turbina 713. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 e a ventoinha 116 em um efeito de arranque. É notado que o segundo meio F2 e o primeiro meio F1 podem misturar-se na turbina 715 (ponto de mistura M5).

[0078] Quando o sistema 700 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 e a ventoinha 116 recebem energia a partir do primeiro meio F1 através da turbina 715 e energia a partir do terceiro meio F3 através da turbina 713. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. É notado que o segundo meio F2 e o primeiro meio F1 podem se misturar a jusante da turbina 715 (por exemplo, no ponto de mistura M2). É notado que o terceiro meio F3 é direcionado pela válvula V7 para a saída 104.

[0079] Voltando agora às FIGS. 8 e 9, as variações dos sistemas acima são mostradas como sistemas 800 e 900 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes aos sistemas 800 e 900 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. É notado que, nestes sistemas 800 e 900, o dispositivo de compressão 709 é dividido em múltiplos componentes, de modo que a ventoinha 116 pode estar localizada em um segundo eixo e acionada por um mecanismo diferente do compressor 112.

[0080] Com relação à FIG. 8, o sistema 800 é mostrado. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 800 incluem um dispositivo de compressão 809 que compreende um componente 810 e o componente 216. O componente 810 compreende o compressor 112, a turbina 713 e a turbina 715 no mesmo eixo 118. O componente 216 compreende a turbina 217, o eixo 218 e a ventoinha 219. A turbina 217 do componente 216 está configurada para receber um fluxo de um primeiro meio F1.2 (por exemplo, ar de sangria) a partir da entrada 101, de modo que a energia do fluxo do primeiro meio F1.2 pode ser extraída pela turbina 217 e acionar a ventoinha 219 através do eixo 218.

[0081] Quando o sistema 800 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro meio F1 através da turbina 715 e energia a partir do segundo meio F2 através da turbina 713. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. É notado que o segundo meio F2 e o primeiro meio F1 podem misturar-se na turbina 715 (ponto de mistura M5). A ventoinha 219 recebe energia a partir do segundo fluxo do primeiro meio F1.2 que passa através da turbina 217. É notado que a queda de pressão durante o primeiro modo entre a entrada 101 e o escape da turbina 215 pode fazer com que o segundo fluxo do primeiro meio F1.2 seja puxado através da turbina do sistema 700.

[0082] Quando o sistema 800 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro meio F1 através da turbina 715 e energia a partir do terceiro meio F3 através da turbina 713. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. É notado que o segundo meio F2 e o primeiro meio F1 podem se misturar a jusante da turbina 715 (por exemplo, no ponto de mistura M2). É notado que o terceiro meio F3 é direcionado pela válvula V7 para a saída 104.

[0083] Em relação ao sistema 900 da FIG. 9, componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 900 incluem um dispositivo de compressão 909 que compreende o componente 810 e o componente 316. O componente 810 compreende o compressor 112, a turbina 713 e a turbina 715 no mesmo eixo 118. O componente 316 compreende o motor 317, o eixo 318 e a ventoinha 319. O motor 317 do componente 316 pode ser configurado para receber energia elétrica, o que permite que o motor 316 acione a ventoinha 319 através do eixo 318.

[0084] Quando o sistema 900 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro meio F1 através da turbina 715 e energia a partir do segundo meio F2 através da turbina 713. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. É notado que o segundo meio F2 e o primeiro meio F1 podem misturar-se na turbina 715 (ponto de mistura M5). A ventoinha 319 é acionada pelo motor 317.

[0085] Quando o sistema 900 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro meio F1 através da turbina 715 e energia a partir do terceiro meio F3 através da turbina 713. A energia recebida pelo compressor 112 é utilizada para comprimir o segundo meio F2. É notado que o segundo meio F2 e o primeiro meio F1 podem se misturar a jusante da turbina 715 (por exemplo, no ponto de mistura M2). É notado que o terceiro meio F3 é direcionado pela válvula V7 para a saída 104.

[0086] Voltando agora à FIG. 10, uma variação dos sistemas acima é mostrada como sistema 1000 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes aos sistemas 1000 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 1000 incluem um dispositivo de compressão 1009 que o componente 210 (que inclui o compressor 112, a turbina 113 e a turbina de potência 114 no mesmo eixo 118) e o componente 1016 (composto por uma turbina 1017, um eixo 1-18 e uma ventoinha 1019). Em geral, o compressor 112 pode receber energia do primeiro meio F1 através da turbina 113 e o terceiro meio F3 através da turbina de potência 114 e a ventoinha 1019 pode receber energia do segundo meio F2. Uma válvula V10 pode ser utilizada para contornar a turbina 1017 de acordo com um modo.

[0087] Em operação de baixa altitude o compressor, no sistema 1000, recebe energia a partir do primeiro meio F1. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia é utilizada para acionar a ventoinha. Quando o sistema 1000 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro meio F1. As operações pela turbina 1017 extraem energia do segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar a ventoinha 1019.

[0088] Quando o sistema 1000 está operando no segundo modo (a operação de altitude elevada da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro meio F1. O ato de comprimir o segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 mas não o suficiente para acionar ainda mais a ventoinha 1019. O compressor 112 também pode receber energia a partir do terceiro meio F3 através da turbina de potência 1015, que é utilizada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.

[0089] Voltando agora às FIGS. 11, 12 e 13, as variações dos sistemas acima são mostradas como sistemas 1100, 1200 e 1300 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes aos sistemas 1100, 1200 e 1300 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos.

[0090] Em relação ao sistema 1100 da FIG. 11, componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 1100 incluem um dispositivo de compressão 1109 que compreende uma turbina 1113, juntamente com o ponto de mistura M11 e uma válvula V11. É notado que o ponto de mistura M11 está a jusante dos permutadores de calor 106 e 107 e a montante da turbina 1113. O escape do permutador de calor secundário 107 pode ser controlado por uma válvula V11, de modo que o fluxo de pode ser direcionado para o volume 102 (ponto de mistura M2) ou para a turbina 1113 (através do ponto de mistura M11).

[0091] Quando o sistema 1100 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do ar misturado através da turbina 1113 para comprimir o ar fresco. O ato de compressão do ar fresco adiciona energia ao ar fresco e essa energia também é utilizada para acionar a ventoinha 116 e o compressor 112, em um efeito de arranque. É notado que, no primeiro modo, a válvula V2 direciona o ar de descarga da cabine para contornar a turbina de potência 114 e escoar para a saída 104, uma vez que a energia adicional não é necessária para compressão.

[0092] Por exemplo, no primeiro modo, o ar de sangria de alta pressão e alta temperatura do motor ou da unidade de potência auxiliar (por exemplo, a entrada 101) entra no permutador de calor primário 106. O permutador de calor primário 106 arrefece o ar de sangria de alta pressão e alta temperatura para uma temperatura quase ambiente para produzir ar de sangria de alta pressão arrefecido. O ar de sangria de alta pressão arrefecido entra no condensador 162, onde é arrefecido (e desumidificado) para produzir ar de sangria de alta pressão frio. Observe que o dissipador de calor usado pelo condensador 162 pode ser o ar misturado saindo da turbina 1113 do dispositivo de compressão 109. O ar de sangria de alta pressão frio flui através do extrator de água 164, onde a umidade pode ser removida para produzir o ar de sangria de alta pressão seco frio. Nota que a combinação de condensador 162 e o extrator de água 164 pode ser considerada um extrator de água de alta pressão, porque o ar de sangria recebido pelo condensador 162 está na pressão mais alta no sistema 1100. O ar de sangria de alta pressão seco frio é misturado com um exaustor do extrator de água 151 para produzir ar misturado. O ar misturado entra na turbina 1113, onde é expandido e extraído.

[0093] O trabalho extraído pela turbina 1113 aciona o compressor 112 utilizado para comprimir o ar fresco e aciona a ventoinha 116 utilizada para mover o ar de impacto através dos permutadores de calor de ar de impacto (por exemplo, o permutador de calor primário 106 e o permutador de calor secundário 107). O ato de compressão do ar fresco aquece (e o comprime) para produzir ar fresco comprimido, que está quase na mesma pressão que o ar de sangria. O ar fresco pressurizado entra no permutador de calor de saída 108 e é arrefecido pelo ar de descarga da cabine para produzir ar fresco arrefecido pressurizado. O ar fresco pressurizado arrefecido entra no permutador de calor secundário 107, onde é ainda mais arrefecido a uma temperatura quase ambiente para produzir ar fresco pressurizado arrefecido. O ar fresco pressurizado arrefecido é então direcionado pela válvula V1 ao extrator de água 151 onde qualquer umidade livre no ar fresco pressurizado arrefecido é removida para produzir ar fresco pressurizado arrefecido seco. Este ar fresco pressurizado arrefecido seco é misturado com um escape do extrator de água 164 para produzir o ar misturado. O ar misturado entra na turbina 1113, onde é expandido e extraído.

[0094] Os dois fluxos de ar (isto é, o ar fresco proveniente do extrator de água 151 e o ar de sangria do extrator de água 164) são misturados a jusante da turbina 1113 (por exemplo, no ponto de mistura M11 como mostrado) para produzir o ar misturado. O ar misturado deixa a turbina 1113 e entra no condensador 162 (para arrefecer o ar de sangria de alta pressão arrefecido saindo do permutador de calor primário 106 no condensador 162). O ar misturado é então enviado para condicionar o volume 102.

[0095] Quando o sistema 1100 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o sistema 1100 pode operar em uma maneira semelhante à operação de baixa altitude. Por exemplo, o compressor 112 recebe energia a partir do ar de sangria através da turbina 1113 para comprimir o ar fresco. O ato de compressão do ar fresco adiciona energia ao ar fresco. No entanto, esta energia não é suficiente para direcionar ainda mais o compressor 112. O compressor 112 então também recebe energia do ar de descarga de cabine através da turbina de potência 114 (a válvula V2 direciona o terceiro meio F3 para a turbina de potência 114), que costumava aumentar uma quantidade de ar comprimido no compressor 112. Além disso, o ar fresco pressurizado arrefecido seco que sai do extrator de água 151 também é direcionado pela válvula V11 a um ponto de mistura M2 de modo que o ar fresco é misturado a jusante da turbina 1113 (em vez de nela mesma). Além disso, no segundo modo, as exigências de ar fresco podem ser satisfeitas ao misturar o ar sangrado com ar fresco, enquanto que uma quantidade de ar de sangria pode ser reduzida em 40% a 60% dependendo da altitude. Deste modo, o sistema 100 fornece a redução do ar de sangria variando de 40% a 60% para fornecer mais eficiências em relação à queima de combustível do motor do que sistemas de ar de aviões contemporâneos.

[0096] Voltando agora às FIGS. 12 e 13, as variações dos sistemas acima são mostradas como sistemas 1200 e 1300 de acordo com modalidades não limitativas. Os componentes do sistema acima que são semelhantes ao sistema 1200 e 1300 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. É notado que, nestes sistemas 1200 e 1300, o dispositivo de compressão 1109 é dividido em múltiplos componentes, de modo que a ventoinha 116 pode estar localizada em um segundo eixo e acionada por um mecanismo diferente do compressor 112.

[0097] Voltando agora à FIG. 12, o sistema 1200 é mostrado. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 200 incluem um dispositivo de compressão 1209 que compreende um componente 1210 e um componente 216. O componente 1210 compreende o compressor 112, a turbina 1113 e a turbina de potência 114 no mesmo eixo 118. O componente 216 compreende a turbina 217, o eixo 218 e a ventoinha 219. A turbina 217 do componente 216 está configurada para receber um fluxo de um primeiro meio F1.2 (por exemplo, ar de sangria) a partir da entrada 101, de modo que a energia do fluxo do primeiro meio F1.2 pode ser extraída pela turbina 217 e acionar a ventoinha 219 através do eixo 218.

[0098] Quando o sistema 1200 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do ar misturado através da turbina 1113 para comprimir o segundo meio F2 (por exemplo, ar fresco). O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. A ventoinha 219 recebe energia a partir do segundo fluxo do primeiro meio F1.2 que passa através da turbina 215. É notado que a queda de pressão durante o primeiro modo entre a entrada 101 e o escape da turbina 215 pode fazer com que o segundo fluxo do primeiro meio F1.2 seja puxado através da turbina do sistema 1200.

[0099] Quando o sistema 1200 está funcionando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro meio F1 através da turbina 1113 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2; contudo, esta energia não é suficiente para acionar ainda mais o compressor 112. O compressor 112 então também recebe energia do terceiro meio F3 através da turbina de potência 114 (a válvula V2 direciona o terceiro meio F3 para a turbina de potência 114), que usada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.

[00100] Voltando agora à FIG. 13, o sistema 1300 é mostrado. Os componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 1300 incluem um dispositivo de compressão 1309 que compreende o componente 1210 e o componente 316. O componente 1210 compreende o compressor 112, a turbina 1113 e a turbina de potência 114 no mesmo eixo 118. O componente 316 compreende o motor 317, o eixo 318 e a ventoinha 319. O motor 317 do componente 316 pode ser configurado para receber energia elétrica, o que permite que o motor 316 acione a ventoinha 319 através do eixo 318.

[00101] Quando o sistema 1300 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do ar misturado através da turbina 1113 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar o compressor 112 em um efeito de arranque. A ventoinha 319 é acionada pelo motor 317.

[00102] Quando o sistema 1300 está funcionando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do primeiro fluxo do primeiro meio F1 através da turbina 1113 para comprimir o segundo meio F2. O ato de compressão do segundo meio F2 adiciona energia ao segundo meio F2; contudo, esta energia não é suficiente para acionar ainda mais o compressor 112. O compressor 112 então também recebe energia do terceiro meio F3 através da turbina de potência 114 (a válvula V2 direciona o terceiro meio F3 para a turbina de potência 114), que é usada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.

[00103] Aspectos das modalidades são descritos neste documento com referência às ilustrações de fluxograma, diagramas esquemáticos e/ou de blocos de métodos, aparelhos e/ou sistemas, de acordo com as modalidades. Além disso, as descrições das várias modalidades foram apresentadas para fins de ilustração, mas não têm a intenção de serem exaustivas ou limitadas às modalidades divulgadas. Muitas modificações e variações serão aparentes àqueles versados na técnica sem se afastar do escopo e do espírito das modalidades descritas. A terminologia usada neste documento foi escolhida para melhor explicar os princípios das modalidades, a aplicação prática ou aprimoramentos técnicos em relação às tecnologias encontradas no mercado ou para permitir que outros versados na técnica entendam as modalidades divulgadas neste documento.

[00104] A terminologia usada neste documento tem a finalidade de descrever modalidades particulares apenas e não se destina a ser limitante da invenção. Como utilizado neste documento, a forma singular “um”, “uma” e "alguns" estão destinados a incluir também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra maneira. Será ainda compreendido que os termos “compreendem” e/ou “compreendendo”, quando utilizados neste relatório descritivo, especificam a presença de características indicadas, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impossibilitam a presença ou a adição de outras características, números inteiros, etapas, operações, componentes do elemento e/ou grupos destes.

[00105] Os fluxogramas representados neste documento são apenas um exemplo. Podem existir muitas variações a este diagrama ou nas etapas (ou operações) descritas no mesmo sem que se afaste do espírito das modalidades deste documento. Por exemplo, as etapas podem ser executadas em uma ordem diferente ou etapas podem ser adicionadas, excluídas ou modificadas. Todas estas variações são consideradas uma parte das reivindicações.

[00106] Embora a modalidade preferida tenha sido descrita, será entendido que os versados na técnica, tanto agora como 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.

Claims (13)

1. Dispositivo de compressão operável em uma pluralidade de modos de operação, o dispositivo de compressão caracterizado pelo fato de que compreende: uma turbina (113) que compreende uma primeira entrada e uma segunda entrada e é configurado para fornecer energia pela expansão de uma pluralidade de meios, em que a primeira entrada é configurada para receber um primeiro meio (F1) da pluralidade de meios, e em que a segunda entrada é configurada para receber um segundo meio (F2) da pluralidade de meios; e um compressor (112) configurado para: receber uma primeira energia derivada a partir dos primeiro e segundo meios sendo expandidos através da turbina (113) durante um primeiro modo do dispositivo de compressão, receber uma segunda energia derivada a partir do primeiro meio (F1) sendo expandido através da turbina (113) durante um segundo modo do dispositivo de compressão, e comprimir o segundo meio (F2) de acordo com o primeiro modo ou o segundo modo; uma ventoinha (319) configurada para receber a primeira energia durante o primeiro modo e a segunda energia durante o segundo modo; e uma turbina de potência (114) configurada para fornecer uma terceira energia pela expansão de um terceiro meio da pluralidade de meios; em que o compressor é configurado para receber a terceira energia do terceiro meio expandido pela turbina de potência (114).

2. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro componente (210) compreendendo a turbina (213) e o compressor (212); e um segundo componente (216), que é separado do primeiro componente (210), compreendendo uma ventoinha (217), uma segunda turbina (218) e um eixo (219).

3. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a ventoinha (217) é acionada pelo eixo (219) pelo primeiro meio (F1) se expandindo pela segunda turbina (218).

4. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro componente (210) compreendendo a turbina e o compressor; e um segundo componente (316), que é separado do primeiro componente (210), compreendendo uma ventoinha (319) acionada por um motor (317).

5. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio (F1) e o segundo meio (F2) são misturados na turbina (113) durante o primeiro modo.

6. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio (F1) e o segundo meio (F2) são misturados a jusante da turbina (113) durante o segundo modo.

7. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio (F1) é ar de sangria e o segundo meio (F2) é ar fresco.

8. Sistema de controle ambiental de uma aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende o dispositivo de compressão como definido na reivindicação 1.

9. Dispositivo de compressão operável em uma pluralidade de modos de operação, o dispositivo de compressão compreendendo: uma primeira turbina (415) configurada para fornecer uma primeira energia pela expansão de um primeiro meio; uma segunda turbina (413) configurada para fornecer uma segunda energia pela expansão de um segundo meio; e um compressor (212) configurado para: receber a primeira energia e a segunda energia durante um primeiro modo do dispositivo de compressão, receber a primeira energia durante um segundo modo do dispositivo de compressão, e comprimir o segundo meio de acordo com o primeiro modo ou o segundo modo; caracterizado pelo fato de que o primeiro meio e o segundo meio são misturados na primeira turbina (415) no primeiro modo, o segundo meio sendo ar fresco.

10. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende: uma ventoinha (116) configurada para receber: a primeira energia e a segunda energia durante o primeiro modo, e a primeira energia durante o segundo modo.

11. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro componente (210) compreendendo a primeira turbina (415), a segunda turbina (413) e o compressor (212); e um segundo componente (216), que é separado do primeiro componente (210), compreendendo uma ventoinha (116), uma terceira turbina e um eixo.

12. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a ventoinha (116) é acionada pelo eixo pelo primeiro meio se expandindo pela terceira turbina.

13. Dispositivo de compressão de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro componente (210) compreendendo a primeira turbina (415), a segunda turbina (413) e o compressor (212); e um segundo componente (316), que é separado do primeiro componente (210), compreendendo uma ventoinha acionada por um motor.

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