BR102017010903B1 - ENVIRONMENTAL CONTROL SYSTEM OF AN AIRCRAFT - Google Patents
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Abstract
Um avião é fornecido. O avião inclui um dispositivo de compressão. O dispositivo de compressão inclui uma turbina com uma primeira entrada e uma segunda entrada. A turbina fornece energia através da expansão de meios. A primeira entrada está configurada para receber um primeiro meio dos meios. A segunda entrada está configurada para receber um segundo meio dos meios. O dispositivo de compressão inclui um compressor e um motor. 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. O motor fornece uma energia suplementar ao compressor.An airplane is provided. The plane includes a compression device. The compression device includes a turbine having a first inlet and a second inlet. The turbine provides power through expanding media. The first input is configured to receive a first means of means. The second input is configured to receive a second medium from the media. The compression device includes a compressor and a motor. The compressor receives a first energy derived from the first and second means being expanded through the turbine during a first mode of the compression device, receives a second energy derived from the first means being expanded through the turbine during a second mode of the compression device and compresses the compressor. second means according to the first mode or the second mode. The motor supplies supplementary energy to the compressor.
Description
[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.[001] In general, contemporary air conditioning systems are supplied by a cruising pressure that is approximately 30 psig to 35 psig. Today, the trend in the aerospace industry is towards higher efficiency systems. One approach to improving airplane efficiency is to eliminate bleed air entirely and use electrical power to compress the outside air. A second approach is to use lower engine pressure. The third approach is to use the energy in the bleed air to compress the outside air and bring it into the cabin.
[002] De acordo com uma ou mais modalidades, um dispositivo de compressão é proporcionado. O dispositivo de compressão compreendendo: uma turbina que compreende uma primeira entrada e uma segunda entrada e é configurada para fornecer energia pela expansão de um ou mais meios, em que a primeira entrada está configurada para receber um primeiro meio dos um ou mais meios, em que a segunda entrada está configurada para receber um segundo meio dos um ou mais meios; receber uma primeira energia derivada dos primeiros e segundo meios sendo ampliados 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; e um motor configurado para fornecer uma energia suplementar ao compressor.[002] According to one or more embodiments, a compression device is provided. The compression device comprising: a turbine comprising a first inlet and a second inlet and configured to supply energy by expanding one or more means, wherein the first inlet is configured to receive a first medium of the one or more means, in that the second input is configured to receive a second means of the one or more means; receiving a first energy derived from the first and second means being expanded through the turbine during a first mode of the compression device, receiving a second energy derived from the first means being expanded through the turbine during a second mode of the compression device, and compressing the second medium according to the first mode or the second mode; and an engine configured to provide supplemental power to the compressor.
[003] De acordo com uma ou mais modalidades ou com o dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender um eixo que conecta a turbina, o compressor e o motor.[003] According to one or more embodiments or the above compression device, the compression device may comprise a shaft connecting the turbine, the compressor and the engine.
[004] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer um dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender uma ventoinha configurada para receber a primeira energia durante o primeiro modo e a segunda energia durante o segundo modo.[004] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a fan configured to receive first energy during the first mode and second energy during the second mode.
[005] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender 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.[005] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a first component comprising the turbine and the compressor; and a second component, which is separate from the first component, comprising a fan, a second turbine and a shaft.
[006] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer um dos dispositivos de compressão acima, a ventoinha pode ser acionada por meio do eixo pelo primeiro meio que se expande através da segunda turbina.[006] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the fan can be driven by means of the shaft by the first means which expands through the second turbine.
[007] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer um dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender 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 segundo motor.[007] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a first component comprising the turbine and the compressor; and a second component, which is separate from the first component, comprising a fan driven by a second motor.
[008] De acordo com uma ou mais modalidades ou com qualquer um dos dispositivos de compressão acima, o primeiro meio e o segundo meio podem ser misturados na turbina durante o primeiro modo.[008] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the first medium and the second medium can be mixed in the turbine during the first mode.
[009] De acordo com uma ou mais modalidades ou com qualquer um dos dispositivos de compressão acima, o primeiro meio e o segundo meio podem ser misturados a jusante da turbina durante o segundo modo.[009] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the first medium and the second medium can be mixed downstream of the turbine during the second mode.
[0010] De acordo com uma ou mais modalidades ou com o dispositivo de compressão acima, o primeiro meio pode ser o ar de sangria e o segundo meio pode ser ar fresco.[0010] According to one or more embodiments or the above compression device, the first medium can be bleed air and the second medium can be fresh air.
[0011] De acordo com uma ou mais modalidades ou com qualquer um dos dispositivos de compressão acima, um sistema de controle ambiental de uma aeronave pode compreender o dispositivo de compressão.[0011] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, an environmental control system of an aircraft may comprise the compression device.
[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 pela expansão de um primeiro meio; uma segunda turbina configurada para fornecer uma segunda energia pela expansão de um segundo meio; e um compressor configurado para: receber a primeira energia e a segunda energia durante um primeiro modo de 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 meio ou o segundo meio; e um motor configurado para fornecer uma energia suplementar ao compressor.[0012] According to one or more embodiments, a compression device is provided. The compression device comprises: a first turbine configured to deliver a first energy by expanding a first means; a second turbine configured to supply a second energy by expanding a second medium; and a compressor configured to: receive first energy and second energy during a first compression device mode, receive first energy during a second compression device mode, and compress the second medium in accordance with the first means or second means quite; and an engine configured to provide supplemental power to the compressor.
[0013] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer um dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender uma ventoinha configurada para receber: a primeira energia e a segunda energia durante o primeiro modo e a primeira energia durante o segundo modo.[0013] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a fan configured to receive: the first energy and the second energy during the first mode and the first energy during the second mode .
[0014] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender um primeiro componente compreendendo a primeira turbina, a segunda turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente pode compreender uma ventoinha, uma terceira turbina e um eixo.[0014] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a first component comprising the first turbine, the second turbine and the compressor; and a second component which is separate from the first component may comprise a fan, a third turbine and a shaft.
[0015] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer dos dispositivos de compressão acima, a ventoinha pode ser acionada por meio do eixo pelo primeiro meio que se expande através da segunda turbina.[0015] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the fan can be driven through the shaft by the first means which expands through the second turbine.
[0016] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender um primeiro componente compreendendo a primeira turbina, a segunda turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente pode compreender uma ventoinha acionada por um segundo motor.[0016] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a first component comprising the first turbine, the second turbine and the compressor; and a second component which is separate from the first component may comprise a fan driven by a second motor.
[0017] De acordo com uma ou mais modalidades, um dispositivo de compressão é proporcionado. 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 pela expansão da mistura e para fornecer uma segunda energia pela expansão do primeiro meio; 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 meio ou segundo meio; e um motor configurado para fornecer uma energia suplementar ao compressor.[0017] According to one or more embodiments, a compression device is provided. The compression device comprises a turbine comprising a first inlet configured to receive a mixture of a first medium and a second medium and a second inlet configured to receive the first medium, wherein the turbine is configured to supply a first energy by expanding the mixing and to supply a second energy by expanding the first medium; a compressor configured to: receive first energy from the turbine during a first compression device mode, receive second energy from the first means during a second compression device mode, and compress the second medium in accordance with the first means or second means ; and an engine configured to provide supplemental power to the compressor.
[0018] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender uma ventoinha configurada para receber a primeira energia durante o primeiro modo e a segunda energia durante o segundo modo.[0018] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a fan configured to receive first energy during the first mode and second energy during the second mode.
[0019] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender um primeiro componente compreendendo a turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, pode compreender uma ventoinha, uma segunda turbina e um eixo.[0019] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a first component comprising the turbine and the compressor; and a second component, which is separate from the first component, may comprise a fan, a second turbine and a shaft.
[0020] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do dispositivo de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender a ventoinha sendo acionada pelo primeiro meio que se expande através da segunda turbina.[0020] According to one or more embodiments or any of the above compression device embodiments, the compression device may comprise the fan being driven by the first means which expands through the second turbine.
[0021] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer dos dispositivos de compressão acima, o dispositivo de compressão pode compreender um primeiro componente compreendendo a turbina e o compressor; e um segundo componente, que é separado do primeiro componente, pode compreender uma ventoinha acionada por um segundo motor.[0021] According to one or more embodiments or any of the above compression devices, the compression device may comprise a first component comprising the turbine and the compressor; and a second component, which is separate from the first component, may comprise a fan driven by a second motor.
[0022] De acordo com uma ou mais modalidades, um dispositivo de compressão é proporcionado. O dispositivo de compressão compreende: primeira turbina configurada para receber e expandir um primeiro meio; uma segunda turbina configurada para receber e expandir um segundo meio; e um compressor configurado para: receber uma primeira energia da expansão do primeiro meio pela primeira turbina e comprimir o segundo meio na primeira energia; uma ventoinha é configurada para receber uma segunda energia da expansão do segundo meio pela segunda turbina; e um motor configurado para fornecer uma energia suplementar ao compressor.[0022] According to one or more embodiments, a compression device is provided. The compression device comprises: first turbine configured to receive and expand a first medium; a second turbine configured to receive and expand a second medium; and a compressor configured to: receive a first energy from expansion of the first medium by the first turbine and compress the second medium at the first energy; a fan is configured to receive a second energy from the expansion of the second means by the second turbine; and an engine configured to provide supplemental power to the compressor.
[0023] 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.[0023] Additional features and advantages are achieved through techniques of the embodiments of this document. Other embodiments are described in detail here and are considered as part of the claims. For a better understanding of the modalities with the advantages and characteristics, consult the description and the figures.
[0024] 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; e A FIG. 10 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com outra modalidade.[0024] The matter is particularly stressed and distinctly claimed in the claims at the conclusion of the specification. The foregoing and other features and advantages of the invention are evident from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying figures in which: FIG. 1 is a schematic diagram of an environmental control system according to an embodiment; FIG. 2 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; FIG. 3 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; FIG. 4 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; FIG. 5 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; FIG. 6 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; FIG. 7 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; FIG. 8 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; FIG. 9 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment; and FIG. 10 is a schematic diagram of an environmental control system according to another embodiment.
[0025] 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.[0025] A detailed description of one or more embodiments of the disclosed apparatus and method is presented herein by way of exemplification and without limitation with reference to FIGS.
[0026] 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.[0026] The embodiments in this document provide an environmental control system for an aircraft that mixes media from different sources and uses the different energy sources to power the environmental control system and to provide pressurization and cooling in the cabin with high combustion efficiency fuel. The medium can generally be air, although other examples include gases, liquids, fluidized solids or slurries.
[0027] 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.[0027] Returning to FIG. 1, a schematic of an environmental control system is depicted in accordance with a non-limiting embodiment (i.e., a system 100) as it might be installed in an aircraft. The example of an aircraft is not intended to be limiting, since alternative modalities are contemplated.
[0028] 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 conter 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.[0028] As illustrated in FIG. 1, the system 100 can receive a first medium F1 from an input 101 and provide a conditioned form of the first medium F1, as indicated by arrows with thin solid coating, which eventually is a portion of a mixed medium (described here) supplied to a volume of 102. In view of the above aircraft embodiment, the first medium F1 may be bleed air, which is pressurized air supplied to or from (being "bleeded" from) an engine or auxiliary power unit of the aircraft. It should be noted that the temperature, humidity and pressure of the bleed air can vary widely depending on a compressor stage and engine rpm. Generally, the bleed air described in this document is high pressure air. Volume 102 can contain pressurized air within an aircraft cabin or a combined aircraft flight deck and cabin. Generally, the pressurized air described in this document is at a pressure that creates a safe and comfortable environment for humans in the aircraft.
[0029] 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 externa. Geralmente, o ar fresco descrito neste documento está a uma pressão ambiente fora da aeronave em relação à altitude.[0029] The system 100 may receive a second medium F2 from an input 103 and provide a conditioned form of the second medium F2, as indicated by dotted arrows, which eventually is a portion of the mixed medium supplied to the volume 102. The second medium F2 can be fresh air, which can be external to the air intended to enter the volume 102. The external air can be acquired by one or more excavation mechanisms, such as an impact or discharge excavation. Thus, the inlet 103 can be considered a fresh air inlet or an external inlet. Generally, the fresh air described in this document is at ambient pressure outside the aircraft relative to altitude.
[0030] 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).[0030] System 100 may receive a third medium F3 from volume 102, as indicated by dashed-dotted arrows. The third F3 medium may be cabin discharge air, which may be air exiting volume 102 and discharged/discharged overboard. For example, cabin exhaust air may be supplied to a destination, such as an outlet 104. Examples of outlet 104 may include, but are not limited to, a ram circuit (which is discharged overboard) and/or a valve outlet (which is discharged into the sea).
[0031] 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).[0031] According to non-limiting embodiments, the system 100 can perform or extract work from the cabin discharge air. In this way, the pressurized air in the volume can be utilized by the system 100 to achieve certain operations needed at different altitudes. For example, system 100 may provide a conditioned form of the third medium F3 as a portion of the mixed medium supplied to volume 102 and/or another system (e.g., aircraft cabin, combined flight deck and aircraft cabin, a system cabin pressure control). In a non-limiting embodiment, pressurized air may be replenished to volume 102. This replenished pressurized air may be referred to as recirculated air (eg, air that is recirculated within volume 102).
[0032] 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.[0032] Thus, based on the modes of operation, the system 100 can mix the first medium F1, the second medium F2 and/or the third medium F3 at the different mixing points within the system 100 to produce the mixed medium, by the arrows solid line icon. The mixed medium may be mixed air that has met fresh air requirements set by aviation organizations. System 100 illustrates the mixing point M1 and M2, which are not limiting.
[0033] O sistema 100 pode compreender 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.[0033] The system 100 may comprise a ram circuit. The ram circuit comprises a housing 105 enclosing one or more heat exchangers. Enclosure 105 can receive and direct a medium (such as ram air described herein) through system 100. Heat exchangers are devices 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.
[0034] 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.[0034] The one or more heat exchangers enclosed by the enclosure 105 may be referred to as ram heat exchangers. The ram heat exchangers receive ram air, which may be outside air forced through the enclosure 105, as a heat sink to cool the bleed air (e.g., the first medium F1) and/or air fresh (e.g. the second F2 medium). As illustrated in FIG. 1, the enclosure 105 comprises a primary heat exchanger 106 and a secondary heat exchanger 107. In a non-limiting embodiment, an exhaust of exhaust air from the cabin can be released through the enclosure 105 of the ram circuit and used together or in conjunction with the ram circuit. place of the impact air.
[0035] 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.[0035] Also, as illustrated in FIG. 1, the system may include an outlet heat exchanger 108. In a non-limiting embodiment, an exhaust of cabin exhaust air (e.g. third medium F3) may be released through the exhaust valve (also known as the exhaust valve). output control valve and boost recovery output valve). For example, when the third medium F3 of the outlet heat exchanger 108 is coupled to the outlet valve, the outlet heat exchanger 108 increases energy in the third medium F3, which increases the thrust recovered by the outlet valve. Note that the pressure drop at a high altitude between the sea and one of the inlet 101, the volume 102 and the inlet 103 can cause a corresponding medium to be drawn through the components of the system 100.
[0036] O sistema 100 pode compreender um dispositivo de compressão 109. O dispositivo de compressão 109 pode compreender um compressor 112, uma turbina 113, uma ventoinha 116, um motor 117 e uma haste 118.[0036] The system 100 may comprise a compression device 109. The compression device 109 may comprise a compressor 112, a turbine 113, a fan 116, an engine 117 and a rod 118.
[0037] 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.[0037] The compression device 109 is a mechanical device that includes components for performing thermodynamic work on the medium (for example, extraction or work on the first medium F1, on the second medium F2 and/or on the third medium F3 when increasing and/or lowering the pressure and by increasing and/or decreasing the temperature). Examples of the compression device 109 include an air cycle machine, a three wheel air cycle machine, a four wheel air cycle machine, and the like.
[0038] 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 misto, 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.[0038] The compressor 112 is a mechanical device that increases the pressure of a medium and can be driven by another mechanical device (for example, an engine or a medium through a turbine). Examples of compressor types include centrifugal, diagonal or mixed flow, axial flow, reciprocating, ionic liquid piston, rotary screw, rotary vane, labyrinth, diaphragm, air bubble, etc. As illustrated in FIG. 1, compressor 112 can receive and pressurize second medium F2 from inlet 103.
[0039] A turbina 113 é um dispositivo mecânico que se expande e extrai trabalho a partir de um meio (também referido como extração de energia). 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. Em uma modalidade não limitativa, a turbina 113 pode compreender 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.[0039] The turbine 113 is a mechanical device that expands and extracts work from a medium (also referred to as energy extraction). At compression device 109, the turbine drives compressor 112 and fan 116 through shaft 118. Turbine 113 may be a dual-inlet turbine that includes a plurality of inlet gas flow paths, such as an inlet gas flow path. internal and an external flow path, to allow mixing of alternate media flows at the turbine outlet. The inner flow path can be a first diameter and the outer flow path can be a second diameter. In a non-limiting embodiment, turbine 113 may comprise a first nozzle configured to accelerate first means for entry into a turbine impeller and a second nozzle configured to accelerate second means for entry into a turbine impeller. The turbine impeller may be configured with a first gas path configured to receive the first medium from the first nozzle and a second gas path configured to receive the second medium from the second nozzle.
[0040] A ventoinha 116 (por exemplo, uma ventoinha 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.[0040] The fan 116 (e.g., an impact air fan as shown in FIG. 1) is a mechanical device that can force through the method of pushing or pulling the medium (e.g., impact air) through the enclosure 105 through heat exchangers 106 and 107 to variable cooling to control temperatures.
[0041] O motor 117 pode proporcionar assistência de energia à turbina 113, que por sua vez fornece uma energia suplementar ao compressor, com base no modo de operação do sistema (como descrito neste documento). O motor 317 pode ser configurado para receber energia elétrica, o que permite que o motor proporcione a energia suplementar ao compressor 112 e/ou a ventoinha 119 através do eixo 118.[0041] The motor 117 can provide power assistance to the turbine 113, which in turn provides supplemental power to the compressor, based on the operating mode of the system (as described herein). Motor 317 can be configured to receive electrical power, which allows the motor to provide supplemental power to compressor 112 and/or fan 119 through shaft 118.
[0042] 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).[0042] The system 100 also comprises a water extractor 151, a condenser 162 and a water extractor 164. The water extractor 151 and the water extractor 164 are mechanical devices that carry out a process of extracting water from a medium. Condenser 160 is one type of heat exchanger (another example includes a reheater). In a non-limiting embodiment, a condenser and/or a water extractor can combine to be a high pressure water separator that removes moisture at a higher pressure within an environmental control system (e.g., downstream of the primary heat exchanger 106). A low pressure water separator removes moisture at a lower pressure within an environmental control system, such as at turbine discharge pressure (eg mixed air exiting turbine 113).
[0043] 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. 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.[0043] The elements of the system 100 are connected via valves, tubes, pipes and the like. Valves (e.g., flow regulating device or mass flow valve) are devices that regulate, direct and/or control a flow of a medium by opening, closing or partially obstructing various passages within tubes, pipes, etc. of system 100. The valves can be operated by actuators so that flow rates of medium in any portion of system 100 can be regulated to a desired value. For example, a valve V1 controls whether a flow of second medium F2 from secondary heat exchanger 107 passes condenser 162 in accordance with a mode of system 100. Note that a combination of components and elements of system 100 may be referred to as a package of air conditioning or a package. The packet can exist between input 101, volume 102, input 103, output 104, and an escape from wrapper 105.
[0044] 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.[0044] The operational modalities of the system 100 of FIG. 1 will now be described in relation to an aircraft. System 100 can be referred to as an advanced pneumatic system that mixes fresh air (e.g. the second F2 medium) with bleed air (e.g. the first F1 medium) to produce mixed air (e.g. the mixed medium) of according to these operational modalities. The (dual-inlet) turbine 113, compressor 112 and fan 116 can be powered from bleed air, cabin exhaust air (e.g. third medium F3) and fresh air. Operating modalities can be described as operating modes or modes. A first mode, which may be used for ground and/or low altitude flight conditions (such as idle, taxi, takeoff and standby conditions), is low altitude aircraft operation. A second mode, which can be used for high altitude flight conditions (such as cruise, climb, and descent high altitude flight conditions), is high altitude operation of the aircraft.
[0045] 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.[0045] When the system 100 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the bleed air through the turbine 113 to compress the fresh air. The act of compressing the fresh air adds energy to the fresh air and this energy is also used to drive fan 116 and compressor 112, in a kick-in effect.
[0046] 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. 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 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.[0046] For example, in the first mode, high-pressure, high-temperature bleed air from the engine or auxiliary power unit (eg, inlet 101) enters the primary heat exchanger 106. The primary heat exchanger 106 cools the high-pressure, high-temperature bleed air to near ambient temperature to produce chilled high-pressure bleed air. Chilled high pressure bleed air enters condenser 162 where it is cooled (and dehumidified) to produce cold high pressure bleed air. Note that the heat sink used by condenser 162 may be the mixed air exiting turbine 113 from compressor device 109. Cold high pressure bleed air flows through water extractor 164 where moisture can be removed to produce the cold dry high pressure bleed air. Note that the combination of condenser 162 and water extractor 164 can be considered a high pressure water extractor because the bleed air received by condenser 162 is at the highest pressure in system 100. The high pressure bleed air is dry cold air enters turbine 113. Cold dry high pressure bleed air enters turbine 113 through a first nozzle, where it is expanded and extracted.
[0047] 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.[0047] The work extracted by the turbine 113 drives the compressor 112 used to compress the fresh air and drives the fan 116 used to move the ram air through the ram air heat exchangers (for example, the primary heat exchanger 106 and secondary heat exchanger 107). The act of compressing fresh air heats (and compresses) it to produce compressed fresh air, which is at medium pressure (i.e. medium pressure fresh air). Medium pressure fresh air enters outlet heat exchanger 108 and is cooled by cabin discharge air to produce chilled medium pressure fresh air. The cooled medium pressure fresh air enters secondary heat exchanger 107 where it is further cooled to near ambient temperature to produce chilled pressurized fresh air. The cooled pressurized fresh air then enters the water extractor 151 where any free moisture in the cooled pressurized fresh air is removed to produce dry cooled pressurized fresh air. This dry cooled pressurized fresh air is then routed through valve V1 to turbine 113. The dry cooled pressurized fresh air enters turbine 113 through a second nozzle, where it is expanded and extracted.
[0048] 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.[0048] The two air flows (that is, the fresh air from the water extractor 151 and the bleed air from the water extractor 164) are mixed in the turbine 113 (for example, at the mixing point M1 as shown) to produce mixed air. The mixed air leaves turbine 113 and enters condenser 162 (to cool the cooled high pressure bleed air exiting primary heat exchanger 106 into condenser 162). Mixed air is then sent to condition volume 102.
[0049] 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 motor 117, 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.[0049] When the system 100 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the system 100 can operate in a manner similar to the low altitude operation. For example, compressor 112 receives energy from bleed air through turbine 113 to compress fresh air. The act of compressing fresh air adds energy to fresh air. However, this energy is not enough to drive the compressor 112 further. The compressor 112 then also receives energy from the motor 117, which used to increase an amount of compressed air in the compressor 112. In addition, the dry cooled pressurized fresh air that exits of the water extractor 151 is also routed by valve V1 to a mixing point M2 so that fresh air is mixed downstream of the turbine 113 (instead of in it). Furthermore, in the second mode, fresh air requirements can be satisfied by mixing bleed air with fresh air, while a bleed air amount can be reduced by 40% to 75% depending on altitude. Thus, system 100 provides bleed air reductions ranging from 40% to 75% to provide greater engine fuel burn efficiencies than contemporary aircraft air systems.
[0050] 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 da turbina 113.[0050] Returning now to FIGS. 2 and 3, variations of the above system are shown as systems 200 and 300 in accordance with non-limiting embodiments. The above system components that are similar to system 200 and 300 have been reused for ease of explanation, using the same identifiers and are not reintroduced. It is noted that, in these systems 200 and 300, the compression device 109 is divided into multiple components, so that the fan 116 can be located on a second axis and driven by a different mechanism than the turbine 113.
[0051] 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 o motor 117 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.[0051] Returning now to FIG. 2, system 200 is shown. Alternative and/or additional components of system 200 include a compression device 209 comprising a component 210 and a component 216. Component 210 comprises compressor 112, turbine 113 and engine 117 on the same shaft 118. Component 216 comprises a turbine 217, a shaft 218 and a fan 219. The turbine 217 of the component 216 is configured to receive a flow of a first medium F1.2 (e.g. bleed air) from the inlet 101, so that the energy of the flow of the first medium F1.2 can be extracted by turbine 217 and drive fan 219 through shaft 218.
[0052] 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.[0052] When the system 200 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from a first flow of the first medium F1 through the turbine 113 to compress the second medium F2 (e.g. air fresh). The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2 and this energy is also utilized to drive compressor 112 in a kick-in effect. The fan 219 receives energy from the second flow of the first medium F1.2 passing through the turbine 217. It is noted that the pressure drop during the first mode between the inlet 101 and the exhaust of the turbine 215 can cause the second flow of the first medium F1.2 is drawn through the system turbine 200.
[0053] 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 recebe também energia do motor 117, que é utilizada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.[0053] When the system 200 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the first flow of the first medium F1 through the turbine 113 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2; however, this energy is not sufficient to drive the compressor 112 further. The compressor 112 also receives energy from the motor 117, which is used to increase an amount of the second medium F2 compressed in the compressor 112.
[0054] 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.[0054] Returning now to FIG. 3, system 300 is shown. Alternative and/or additional components of system 300 include a compression device 309 comprising a component 210 and a component 316. Component 316 comprises a motor 317, a shaft 318 and a fan 319. The motor 317 of component 316 may be configured to receive electrical power, which allows motor 316 to drive fan 319 through shaft 318.
[0055] 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.[0055] When the system 300 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the first flow of the first medium F1 through the turbine 113 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2 and this energy is also utilized to drive compressor 112 in a kick-in effect. Fan 319 is driven by motor 317.
[0056] 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 também recebe energia a partir do terceiro meio F3 através do motor 117, que é utilizada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.[0056] When the system 300 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the first flow of the first medium F1 through the turbine 113 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2; however, this energy is not sufficient to drive the compressor 112 further. The compressor 112 also receives energy from the third medium F3 through the motor 117, which is used to increase an amount of the second medium F2 compressed in the compressor 112.
[0057] 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.[0057] Returning now to FIGS. 4, 5 and 6, variations of the above systems are shown as systems 400, 500 and 600 according to non-limiting embodiments. Components of the above systems that are similar to the 400, 500 and 600 systems have been reused for ease of explanation, using the same identifiers and are not reintroduced.
[0058] 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 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).[0058] Regarding FIG. 4, system 400 is shown. Alternative and/or additional components of system 400 include a compression device 409 which further comprises turbines 413 and 415 along with an M3 mixing point. The dual-use turbines 413 and 415, the compressor 112 and the fan 116 can receive power from the first medium F1 (eg bleed air) and the second medium F2 (eg fresh air).
[0059] 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.[0059] When the system 400 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 and the fan 116 receive energy from the bleed air through the turbine 415 and energy from the fresh air through the turbine 413. energy received by compressor 112 is used to compress fresh air. The act of compressing the fresh air adds energy to the fresh air and this energy is also used to drive fan 116 and compressor 112, in a kick-in effect.
[0060] 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 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 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.[0060] For example, in the first mode, high-pressure, high-temperature bleed air from the engine or auxiliary power unit (eg, inlet 101) enters the primary heat exchanger 106. The primary heat exchanger 106 cools the high-pressure, high-temperature bleed air to near ambient temperature to produce chilled high-pressure bleed air. Chilled high pressure bleed air enters condenser 162 where it is cooled (and dehumidified) to produce cold high pressure bleed air. Note that the heat sink used by condenser 162 may be the mixed air exiting compression device 109. Cold high pressure bleed air flows through water extractor 164 where moisture can be removed to produce bleed air. cold dry high pressure. Note that the combination of condenser 162 and water extractor 164 can be considered a high pressure water extractor because the bleed air received by condenser 162 is at the highest pressure in system 100. The high pressure bleed air is dry cold air enters turbine 415. Cold dry high pressure bleed air enters turbine 415 where it is expanded and extracted.
[0061] 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 pressão média 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.[0061] The work extracted by the turbine 415 drives the compressor 112 used to compress the fresh air and drives the fan 116 used to move the ram air through the ram air heat exchangers (for example, the primary heat exchanger 106 and secondary heat exchanger 107). The act of compressing fresh air heats (and compresses) it to produce compressed fresh air, which is at medium pressure (i.e. medium pressure fresh air). Medium pressure fresh air enters outlet heat exchanger 108 and is cooled by cabin discharge air (eg third medium F3) to produce chilled medium pressure fresh air. The cooled medium pressure fresh air enters secondary heat exchanger 107 where it is further cooled to near ambient temperature to produce chilled pressurized fresh air. The cooled pressurized fresh air then enters the water extractor 151 where any free moisture in the cooled pressurized fresh air is removed to produce dry cooled pressurized fresh air. This dry cooled pressurized fresh air is then routed through valve V1 to turbine 413. The dry cooled pressurized fresh air enters turbine 413 where it is expanded and extracted.
[0062] 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.[0062] The two air streams (i.e. fresh air from turbine 413 and bleed air from turbine 415) are mixed to produce the mixed air. Mixing can be at turbine 415 (e.g. at mixing point M3 as shown). The mixed air leaves turbine 162 (to cool the cooled high pressure bleed air exiting primary heat exchanger 106 into condenser 162). Mixed air is then sent to condition volume 102.
[0063] Quando o sistema 400 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude 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 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. 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.[0063] When the system 400 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the system 400 can operate similarly to the low altitude operation, but for dry cooled pressurized fresh air coming out of the water extractor 151 routed through valve V1 to a mixing point M2. That is, fresh air is mixed downstream of condenser 162 and/or turbine 415 rather than at the turbine. Furthermore, in the second mode, the fresh air requirement can be satisfied by mixing the bleed air with fresh air, while the bleed air amount can be reduced by 40% to 75% depending on the altitude. Thus, system 100 provides bleed air reductions ranging from 40% to 75% to provide greater engine fuel burn efficiencies than contemporary aircraft air systems. It should be noted that, in the second mode, the compressor 112 and fan 116 receive energy from the bleed air. The act of compressing fresh air adds energy to fresh air.
[0064] 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 das turbinas 415 e 413.[0064] Returning now to FIGS. 5 and 6, variations of the above systems are shown as systems 500 and 600 in accordance with non-limiting embodiments. Components of the above systems that are similar to the 500 and 600 systems have been reused for ease of explanation, using the same identifiers and are not reintroduced. It is noted that, in these systems 500 and 600, the compression device 409 is divided into multiple components, so that the fan 116 can be located on a second axis and driven by a different mechanism than the turbines 415 and 413.
[0065] 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.[0065] Regarding FIG. 5, system 500 is shown. Alternative and/or additional components of system 500 include a compression device 509 comprising component 510 and component 216. Component 510 comprises compressor 112, turbine 413 and turbine 415 on the same shaft 118. Component 216 comprises the turbine 217, the shaft 218 and the fan 219. The turbine 217 of the component 216 is configured to receive a flow of a first medium F1.2 (e.g., bleed air) from the inlet 101, so that the energy of the flow of the first medium F1.2 can be extracted by turbine 217 and drive fan 219 through shaft 218.
[0066] 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.[0066] When the system 500 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from a first flow of the first medium F1 through the turbine 415 and energy from the second medium F2 (for example, fresh air) via the turbine 413. The energy received by the compressor 112 is used to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2 and this energy is also utilized to drive compressor 112 in a kick-in effect. The fan 219 receives energy from the second flow of the first medium F1.2 passing through the turbine 217. It is noted that the pressure drop during the first mode between the inlet 101 and the exhaust of the turbine 215 can cause the second flow of the first medium F1.2 is drawn through the system turbine 500.
[0067] 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.[0067] When the system 500 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the first flow of the first medium F1 through the turbine 415 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2.
[0068] 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.[0068] Returning now to FIG. 6, system 600 is shown. Components of the above systems that are similar to system 600 have been reused for ease of explanation, using the same identifiers and are not reintroduced. Alternative and/or additional components of system 600 include a compression device 609 comprising component 510 and component 316. Component 510 comprises compressor 112, turbine 413 and turbine 415 on the same shaft 118. Component 316 comprises motor 317, shaft 318 and fan 319. Motor 317 of component 316 may be configured to receive electrical power, which allows motor 316 to drive fan 319 through shaft 318.
[0069] 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.[0069] When the system 600 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from a first flow of the first medium F1 through the turbine 415 and energy from the second medium F2 (for example, fresh air) via the turbine 413. The energy received by the compressor 112 is used to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2 and this energy is also utilized to drive compressor 112 in a kick-in effect. Fan 319 is driven by motor 317.
[0070] 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.[0070] When the system 600 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the first flow of the first medium F1 through the turbine 415 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2.
[0071] 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 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos.[0071] Returning now to FIGS. 7, 8 and 9, variations of the above systems are shown as systems 700, 800 and 900 according to non-limiting embodiments. Components of the above systems that are similar to the 700, 800 and 900 systems have been reused for ease of explanation, using the same identifiers and are not reintroduced.
[0072] Em relação ao sistema 700 da FIG. 7, componentes alternativos e/ou adicionais do sistema 700 incluem um dispositivo de compressão 709 que compreende uma turbina 713, juntamente com o ponto de mistura M7 e uma válvula V7. É notado que o ponto de mistura M7 está a jusante dos permutadores de calor 106 e 107 e a montante da turbina 713. O escape do permutador de calor secundário 107 pode ser controlado por uma válvula V7, de modo que o fluxo de pode ser direcionado para o volume 102 (ponto de mistura M2) ou para a turbina 713 (através do ponto de mistura M7).[0072] Regarding the system 700 of FIG. 7, alternative and/or additional system components 700 include a compression device 709 comprising a turbine 713, along with the M7 mixing point and a V7 valve. It is noted that mixing point M7 is downstream of heat exchangers 106 and 107 and upstream of turbine 713. to volume 102 (mixing point M2) or to turbine 713 (via mixing point M7).
[0073] Quando o sistema 700 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 713 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.[0073] When the system 700 is operating in the first mode (the aircraft's low altitude operation), the compressor 112 receives power from the mixed air through the turbine 713 to compress the fresh air. The act of compressing the fresh air adds energy to the fresh air and this energy is also used to drive fan 116 and compressor 112, in a kick-in effect.
[0074] 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 713 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 700. 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 713, onde é expandido e extraído.[0074] For example, in the first mode, high-pressure, high-temperature bleed air from the engine or auxiliary power unit (eg, inlet 101) enters the primary heat exchanger 106. The primary heat exchanger 106 cools the high-pressure, high-temperature bleed air to near ambient temperature to produce chilled high-pressure bleed air. Chilled high pressure bleed air enters condenser 162 where it is cooled (and dehumidified) to produce cold high pressure bleed air. Note that the heat sink used by condenser 162 may be the mixed air exiting turbine 713 from compressor device 109. Cold high pressure bleed air flows through water extractor 164 where moisture can be removed to produce the cold dry high pressure bleed air. Note that the combination of condenser 162 and water extractor 164 can be considered a high pressure water extractor because the bleed air received by condenser 162 is at the highest pressure in system 700. The dry high pressure bleed air coolant is mixed with a water extractor exhaust 151 to produce mixed air. The mixed air enters the 713 turbine, where it is expanded and extracted.
[0075] O trabalho extraído pela turbina 713 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 V7 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 misto. O ar misturado entra na turbina 713, onde é expandido e extraído.[0075] The work extracted by the turbine 713 drives the compressor 112 used to compress fresh air and drives the fan 116 used to move the ram air through the ram air heat exchangers (for example, the primary heat exchanger 106 and secondary heat exchanger 107). The act of compressing fresh air heats (and compresses) it to produce compressed fresh air, which is at nearly the same pressure as the bleed air. Pressurized fresh air enters outlet heat exchanger 108 and is cooled by cabin exhaust air to produce pressurized chilled fresh air. The cooled pressurized fresh air enters the secondary heat exchanger 107, where it is further cooled to near ambient temperature to produce cooled pressurized fresh air. The cooled pressurized fresh air is then routed through valve V7 to the water extractor 151 where any free moisture in the cooled pressurized fresh air is removed to produce dry cooled pressurized fresh air. This dry cooled pressurized fresh air is mixed with an exhaust from water extractor 164 to produce the mixed air. The mixed air enters the 713 turbine, where it is expanded and extracted.
[0076] 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 montante da turbina 713 (por exemplo, no ponto de mistura M7 como mostrado) para produzir o ar misto. O ar misto deixa a turbina 713 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 misto é então enviado para condicionar o volume 102.[0076] The two air flows (that is, the fresh air from the water extractor 151 and the bleed air from the water extractor 164) are mixed upstream of the turbine 713 (for example, at the mixing point M7 as shown ) to produce mixed air. Mixed air leaves turbine 713 and enters condenser 162 (to cool the cooled high pressure bleed air exiting primary heat exchanger 106 into condenser 162). Mixed air is then sent to condition volume 102.
[0077] Quando o sistema 700 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o sistema 700 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 713 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 recebe então também energia do motor 117, que é utilizado para aumentar uma quantidade do ar fresco comprimido no compressor 112. Além disso, o ar fresco pressurizado arrefecido seco que sai do extrator de água 151 também é direcionado pela válvula V7 a um ponto de mistura M2 de modo que o ar fresco é misturado a jusante da turbina 713 (em vez de nela mesma). 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 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.[0077] When the 700 system is operating in the second mode (the aircraft's high altitude operation), the 700 system can operate in a manner similar to the low altitude operation. For example, compressor 112 receives energy from bleed air through turbine 713 to compress fresh air. The act of compressing fresh air adds energy to fresh air. However, this energy is not enough to drive the compressor 112 further. The compressor 112 then also receives energy from the motor 117, which is used to increase an amount of the fresh air compressed in the compressor 112. In addition, the pressurized fresh air is cooled Dry air leaving water extractor 151 is also routed by valve V7 to a mixing point M2 so that fresh air is mixed downstream of turbine 713 (instead of in it). Furthermore, in the second mode, the fresh air requirement can be satisfied by mixing the bleed air with fresh air, while the bleed air amount can be reduced by 40% to 75% depending on the altitude. Thus, system 100 provides bleed air reductions ranging from 40% to 75% to provide greater engine fuel burn efficiencies than contemporary aircraft air systems.
[0078] 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 do sistema acima que são semelhantes ao sistema 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 809 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.[0078] Returning now to FIGS. 8 and 9, variations of the above systems are shown as systems 800 and 900 in accordance with non-limiting embodiments. The above system components that are similar to the 800 and 900 system have been reused for ease of explanation, using the same identifiers and are not reintroduced. It is noted that, in these systems 800 and 900, the compression device 809 is divided into multiple components, so that the fan 116 can be located on a second shaft and driven by a mechanism different from the compressor 112.
[0079] Voltando agora 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 813 e o motor 117 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.[0079] Returning now to FIG. 8, system 800 is shown. Alternative and/or additional components of system 800 include a compression device 809 comprising component 810 and component 216. Component 810 comprises compressor 112, turbine 813 and engine 117 on the same shaft 118. Component 216 comprises the turbine 217, the shaft 218 and the fan 219. The turbine 217 of the component 216 is configured to receive a flow of a first medium F1.2 (e.g., bleed air) from the inlet 101, so that the energy of the flow of the first medium F1.2 can be extracted by turbine 217 and drive fan 219 through shaft 218.
[0080] Quando o sistema 800 está operando no primeiro modo (a operação de baixa altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do ar misturado na turbina 813 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 800.[0080] When the system 800 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the air mixed in the turbine 813 to compress the second medium F2 (eg, fresh air). The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2 and this energy is also utilized to drive compressor 112 in a kick-in effect. The fan 219 receives energy from the second flow of the first medium F1.2 passing through the turbine 217. It is noted that the pressure drop during the first mode between the inlet 101 and the exhaust of the turbine 215 can cause the second flow of the first medium F1.2 is drawn through the turbine of system 800.
[0081] Quando o sistema 800 está operando no segundo modo (a operação de alta altitude da aeronave), o compressor 112 recebe energia a partir do ar misturado através da turbina 813 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 recebe então também energia do motor 117, que é utilizado para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.[0081] When the system 800 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the mixed air through the turbine 813 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2; however, this energy is not sufficient to drive the compressor 112 further. The compressor 112 then also receives energy from the motor 117, which is used to increase an amount of the second medium F2 compressed in the compressor 112.
[0082] Voltando agora à FIG. 9, o sistema 900 é mostrado. Os 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 813 e o motor 117 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.[0082] Returning now to FIG. 9, system 900 is shown. Alternative and/or additional components of system 900 include a compression device 909 comprising component 810 and component 316. Component 810 comprises compressor 112, turbine 813 and engine 117 on the same shaft 118. Component 316 comprises motor 317, shaft 318 and fan 319. Motor 317 of component 316 may be configured to receive electrical power, which allows motor 316 to drive fan 319 through shaft 318.
[0083] Quando o sistema 900 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 813 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.[0083] When the system 900 is operating in the first mode (the low altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the mixed air through the turbine 813 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2 and this energy is also utilized to drive compressor 112 in a kick-in effect. Fan 319 is driven by motor 317.
[0084] Quando o sistema 900 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 813 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 recebe então também energia do motor 117, que é utilizado para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.[0084] When the system 900 is operating in the second mode (the high altitude operation of the aircraft), the compressor 112 receives energy from the first flow of the first medium F1 through the turbine 813 to compress the second medium F2. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2; however, this energy is not sufficient to drive the compressor 112 further. The compressor 112 then also receives energy from the motor 117, which is used to increase an amount of the second medium F2 compressed in the compressor 112.
[0085] 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 o motor 117 no mesmo eixo 118) e o componente 1016 (composto por uma turbina 1017, um eixo 1018 e uma ventoinha 1019). Em geral, o compressor 112 pode receber energia do primeiro meio F1 através da turbina 113 e o motor 117 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.[0085] Returning now to FIG. 10, a variation of the above systems is shown as system 1000 according to non-limiting embodiments. Components of the above systems that are similar to 1000 systems have been reused for ease of explanation, using the same identifiers and are not reintroduced. Alternative and/or additional components of the system 1000 include a compression device 1009 which the component 210 (which includes the compressor 112, the turbine 113 and the engine 117 on the same shaft 118) and the component 1016 (composed of a turbine 1017, a shaft 1018 and a fan 1019). In general, compressor 112 can be powered by first means F1 through turbine 113 and motor 117 and fan 1019 can be powered by second means F2. A valve V10 can be used to bypass the turbine 1017 according to one mode.
[0086] 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. A turbina 1017 extrai energia do segundo meio F2 e essa energia também é utilizada para acionar a ventoinha 1019.[0086] In low altitude operation the compressor, in system 1000, receives energy from the first means F1. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2 and this energy is used to drive the fan. When system 1000 is operating in the first mode (the aircraft's low altitude operation), compressor 112 receives power from the first medium F1. Turbine 1017 extracts energy from the second medium F2 and this energy is also used to drive fan 1019.
[0087] 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 a ventoinha 1019. O compressor 112 também pode receber energia do motor 117, que é utilizada para aumentar uma quantidade do segundo meio F2 comprimido no compressor 112.[0087] When system 1000 is operating in the second mode (aircraft high altitude operation), compressor 112 receives power from the first medium F1. The act of compressing the second medium F2 adds energy to the second medium F2, but not enough to drive the fan 1019. The compressor 112 can also receive energy from the motor 117, which is used to increase an amount of the second medium F2 compressed in the compressor. 112.
[0088] 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.[0088] Aspects of the modalities are described in this document with reference to flowchart illustrations, schematic and/or block diagrams of methods, apparatus and/or systems, according to the modalities. Furthermore, the 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 spirit of the described embodiments. The terminology used in this document has been chosen to better explain the principles of the modalities, practical application or technical improvements over technologies found in the marketplace or to allow others skilled in the art to understand the modalities disclosed in this document.
[0089] 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.[0089] The terminology used in this document is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used in this document, the singular form "one", "an" and "some" are intended to also include the plural forms, unless the context clearly indicates otherwise. It will be further understood that the terms "comprising" and/or "comprising," when used in this descriptive report, specify the presence of indicated characteristics, integers, steps, operations, elements and/or components, but do not preclude the presence or addition of other characteristics, integers, steps, operations, element components and/or groups thereof.
[0090] 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.[0090] The flowcharts represented in this document are just an example. There may be many variations to this diagram or to the steps (or operations) described in it without departing from the spirit of the modalities of this document. For example, steps can be performed in a different order, or steps can be added, deleted, or modified. All these variations are considered a part of the claims.
[0091] 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.[0091] While 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 enhancements that fall within the scope of the claims that follow. These claims must be interpreted to maintain adequate protection.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662341955P | 2016-05-26 | 2016-05-26 | |
| US62/341955 | 2016-05-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR102017010903A2 BR102017010903A2 (en) | 2017-12-12 |
| BR102017010903B1 true BR102017010903B1 (en) | 2023-07-04 |
Family
ID=
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