BR102017011080A2

BR102017011080A2 - Airplane

Info

Publication number: BR102017011080A2
Application number: BR102017011080-0A
Authority: BR
Inventors: J. Bruno Louis; W. Hipsky Harold
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corporation
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2017-12-12
Also published as: US10486817B2; EP3254970B1; EP3254970A1; US20170341768A1; CN107444654A; CN107444654B; CA2968746A1

Abstract

avião. um avião é fornecido. o avião inclui um volume pressurizado e um sistema de ar condicionado. o volume pressurizado proporciona um primeiro meio. o sistema de ar condicionado inclui um trocador de calor e um compressor. o trocador de calor transfere calor de um segundo meio para o primeiro meio. o compressor recebe o segundo meio. o compressor está a jusante do trocador de calor em um percurso de fluxo do segundo meio.

Description

“AVIÃO” FUNDAMENTOS

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

BREVE DESCRIÇÃO

[002] De acordo com uma ou mais modalidades, é fornecido um avião. O avião compreende um volume pressurizado configurado para proporcionar um primeiro meio e um sistema de ar condicionado. O sistema de ar condicionado compreende um trocador de calor configurado para transferir calor de um segundo meio para o primeiro meio e um compressor configurado para receber o segundo meio, em que o compressor está a montante do trocador de calor num percurso de fluxo do segundo meio.

[003] De acordo com uma ou mais modalidades ou com a modalidade de avião acima, o primeiro meio pode ser ar de descarga de cabine e o segundo meio pode ser ar fresco.

[004] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o avião pode compreender uma válvula de saída a jusante do trocador de calor num percurso de escoamento do primeiro meio.

[005] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o avião pode compreender uma turbina a jusante do trocador de calor num percurso de escoamento do primeiro meio.

[006] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o avião pode compreender um fluxo de um terceiro meio; e um segundo trocador de calor configurado para transferir calor do terceiro meio para o primeiro meio.

[007] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o trocador de calor e o segundo trocador de calor podem compreender uma superfície contínua do segundo meio.

[008] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o trocador de calor e o segundo trocador de calor podem compreender um ou mais estabilizadores verticais contínuos do segundo meio.

[009] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o trocador de calor e o segundo trocador de calor podem ser incluídos num trocador de calor duplo.

[0010] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o terceiro meio pode ser ar pressurizado.

[0011] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o segundo trocador de calor pode estar a jusante do trocador de calor num percurso de escoamento do primeiro meio.

[0012] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o avião pode compreender uma válvula de saída a jusante do trocador de calor num percurso de escoamento do primeiro meio.

[0013] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o avião pode compreender uma turbina a jusante do trocador de calor num percurso de escoamento do primeiro meio.

[0014] De acordo com uma ou mais modalidades, é fornecido um avião. O avião compreende um volume pressurizado configurado para proporcionar um primeiro meio e um sistema de ar condicionado que compreende: trocador de calor de três meios; e um compressor configurado para receber um segundo meio, em que o compressor está a montante do trocador de calor de três meios num percurso de fluxo do segundo meio.

[0015] De acordo com uma ou mais modalidades ou com a modalidade de avião acima, o primeiro meio pode ser ar de descarga de cabine e o segundo meio pode ser ar fresco.

[0016] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o trocador de calor de três meios pode ser configurado para receber o primeiro meio, o segundo meio e um terceiro meio e o terceiro meio e o primeiro meio podem ser dissipadores de calor para o segundo meio.

[0017] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o terceiro meio pode ser ar de impacto (ram air).

[0018] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o segundo meio pode rejeitar calor para o primeiro meio e em seguida pode subsequentemente rejeitar calor para o terceiro meio.

[0019] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o segundo meio pode rejeitar calor para o terceiro meio e depois, subsequentemente, pode rejeitar calor para o primeiro meio.

[0020] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o percurso de fluxo do segundo meio através do trocador de calor de três meios pode ser linear.

[0021] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o percurso de fluxo do segundo meio através do trocador de calor de três meios pode ser não linear.

[0022] De acordo com uma ou mais modalidades, é fornecido um avião. O avião compreende um volume pressurizado configurado para proporcionar um primeiro meio e um sistema de ar condicionado que compreende: trocador de calor de quatro meios; e um compressor configurado para receber um segundo meio, em que o compressor está a montante do trocador de calor de quatro meios num percurso de fluxo do segundo meio.

[0023] De acordo com uma ou mais modalidades ou com a modalidade de avião acima, o primeiro meio pode ser ar de descarga de cabine e o segundo meio pode ser ar fresco.

[0024] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o trocador de calor de quatro meios pode ser configurado para receber o primeiro meio, o segundo meio, um terceiro meio e um quarto meio, e o terceiro meio e o primeiro meio podem ser dissipadores de calor para o segundo meio e para o quarto meio.

[0025] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o terceiro meio pode ser ar de impacto, e o quarto meio pode ser ar pressurizado.

[0026] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o segundo meio pode rejeitar calor para o primeiro meio e pode rejeitar calor para o terceiro meio e o quarto meio pode rejeitar calor para o primeiro meio e pode rejeitar calor para o terceiro meio.

[0027] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o primeiro meio pode receber calor a partir do segundo meio e pode receber calor a partir do quarto meio.

[0028] De acordo com uma ou mais modalidades, é fornecido um avião. O avião compreende um volume pressurizado que é configurado para proporcionar um primeiro meio e um sistema de ar condicionado que compreende: um primeiro trocador de calor configurado para transferir calor de um segundo meio para o primeiro meio, um segundo trocador de calor configurado para transferir calor do segundo meio para um terceiro meio, um terceiro trocador de calor configurado para transferir calor de um quarto meio para o primeiro meio, e um quarto trocador de calor configurado para transferir calor do quarto meio para o terceiro meio.

[0029] De acordo com uma ou mais modalidades ou com a modalidade de avião acima, o primeiro trocador de calor pode estar a montante do terceiro trocador de calor num percurso de fluxo do primeiro meio.

[0030] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o primeiro trocador de calor pode estar a montante do segundo trocador de calor num percurso de fluxo do segundo meio.

[0031] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o terceiro trocador de calor pode estar a montante do quarto trocador de calor num percurso de fluxo do quarto meio.

[0032] Características e vantagens adicionais são atingidas por meio de técnicas das modalidades deste documento. Outras modalidades são descritas em detalhes neste documento e são consideradas como parte das reivindicações. Para uma melhor compreensão das modalidades com as vantagens e as características, consultar a descrição e as figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0033] O assunto é particularmente salientado e distintamente reivindicado nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. 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: [0034] A FIG.l é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade;

[0035] A FIG.2 é um diagrama de um esquema de um sistema de controlo ambiental que inclui um trocador de calor de saída de acordo com uma modalidade;

[0036] A FIG.3 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental que inclui uma pluralidade de trocadores de calor de saída, de acordo com uma modalidade;

[0037] A FIGA é um diagrama de um esquema de um sistema de controlo ambiental que inclui um trocador de calor de saída de acordo com uma outra modalidade;

[0038] A FIG.5 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental que inclui uma pluralidade de trocadores de calor de saída, de acordo com outra modalidade;

[0039] A FIG.6 é um diagrama de um esquema de uma configuração de trocador, de acordo com uma modalidade; e [0040] A FIG.7 é um diagrama de um diagrama esquemático de uma configuração de trocador, de acordo com uma outra modalidade. DESCRIÇÃO DETALHADA

[0041] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método divulgados são apresentadas neste documento por meio de exemplificação e sem limitação com referência às FIGS.

[0042] 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, de maneira geral, ar, embora outros exemplos incluam gases, líquidos, sólidos fluidizados ou pastas.

[0043] Passando agora à FIG.l, um sistema 100 que recebe um meio de uma entrada 101 e fornece uma forma condicionada do meio para uma câmara 102 é ilustrado. O sistema 100 compreende um dispositivo de compressão 110. Como mostrado, o dispositivo de compressão 110 compreende um compressor 112, uma turbina 113, uma ventoinha 116 e um eixo 118. O sistema 100 compreende também um trocador de calor primário 120, um trocador de calor secundário 130, um condensador 160, um extrator de água 162 e um reaquecedor 164.

[0044] O dispositivo de compressão 110 é um dispositivo mecânico que inclui componentes para realizar trabalho termodinâmico no meio (por exemplo, extrai trabalho de ou trabalha no meio por elevação e/ou redução de pressão e por elevação e/ou redução de temperatura). Exemplos do dispositivo de compressão 110 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.

[0045] O compressor 112 é um dispositivo mecânico que eleva a pressão do meio recebida da entrada 101. 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. Além disso, os compressores podem ser acionados por um motor ou pelo meio via turbina 113.

[0046] A turbina 113 é um dispositivo mecânico que aciona o compressor 112 e a ventoinha 116 através do eixo 118. A ventoinha 116 (por exemplo, uma ventoinha de ar de êmbolo) é um dispositivo mecânico que pode forçar via métodos de empurrar ou puxar ar do casco 119 através dos trocadores de calor 120 e 130 a um resfriamento variável para controlar temperaturas. O casco 119 recebe e dirige um meio (tal como ar de impacto) através do sistema 100. Em geral, ar de impacto é ar externo utilizado como um dissipador de calor pelo sistema 100.

[0047] Os trocadores de calor 120 e 130 são dispositivos construídos para transferência de calor eficiente de um meio para outro. Exemplos de trocadores de calor incluem trocadores 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.

[0048] O condensador 160 e o reaquecedor 164 são tipos particulares de trocadores de calor. O extrator de água 162 é um dispositivo mecânico que executa um processo de tirar água do meio. Juntos, o condensador 160, o extrator de água 162 e/ou o reaquecedor 164 podem se combinar para serem um separador de água de alta pressão.

[0049] 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.

[0050] Como mostrado na FIG.l, o meio pode fluir de uma entrada 101 através do sistema 100 para uma câmara 102, como indicado por setas de linhas sólidas. Uma válvula VI (por exemplo, uma válvula de controle de fluxo de massa) controla o fluxo do meio da entrada 101 para o sistema 100.Além disso, uma válvula V2 controla se o fluxo do meio do trocador de calor secundário 130 desvia do condensador 160 de acordo com um modo do sistema lOO.Uma combinação de componentes do sistema 100 pode ser denominada como um pacote de condicionamento de ar ou um pacote. O pacote pode começar em uma válvula VI e terminar quando ar sai do condensador 162.

[0051] O sistema 100 será agora descrito de acordo com a modalidade de aeronave descrita acima. Na modalidade da aeronave, o meio pode ser ar e o sistema 100 pode ser um sistema de controle ambiental. Pode-se dizer que o ar fornecido ao sistema de controle ambiental, na entrada 101 é sangrado de um mecanismo motor da turbina ou de uma unidade de alimentação auxiliar. Quando o ar está sendo fornecido pelo motor de turbina ou pela unidade de energia auxiliar conectada ao sistema de controle ambiental, tal como da entrada 101, o ar pode ser denominado como ar de sangria (por exemplo, ar pressurizado que vem de um motor ou uma unidade de energia auxiliar).A temperatura, umidade e pressão do ar de sangria variam amplamente dependendo de um estágio do compressor e das revoluções por minuto do motor de turbina.

[0052] Passando agora à FIG.2, é ilustrado um diagrama esquemático do sistema de controle ambienta 200 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100), de acordo com uma modalidade, tal como podería ser instalado em uma aeronave. Em operação, o sistema de controle ambiental 200 mistura ar fresco com ar de sangria. Os componentes do sistema 100 que são semelhantes ao sistema de controle ambiental 200 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Componentes alternativos do controle ambiental 200 incluem um dispositivo de compressão 210 (que compreende um compressor 212, uma turbina 213, uma ventoinha 116 e um eixo 118), uma entrada 201, um trocador de calor de saída 230, um coletor de água 271, um coletor de água 272, juntamente com um percurso para o meio indicado pela linha traço e ponto F2 (onde o meio pode ser proporcionado a partir da câmara 102 para o sistema de controle ambiental 200) .Note-se que a turbina 213 é um dispositivo mecânico que aciona o compressor 212 e a ventoinha 216 através do eixo 218.A turbina 213 pode ser uma turbina de entrada dupla e 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.

[0053] Tendo em vista a modalidade de aeronave acima, quando o meio é proporcionado a partir da câmara 102 (por exemplo, o ar deixando um volume pressurizado, a cabine da aeronave ou a cabine de voo da aeronave), o meio pode ser referido como ar de descarga da câmara (também conhecido como ar de descarga da cabine).Note-se que, em uma ou mais modalidades, um escape do ar de descarga da cabine do sistema de controle ambiental 200 pode ser liberado através do casco 119 ou enviado para um sistema de controle da pressão da cabine. O ar de descarga da cabine também pode ser liberado através de uma válvula de fluxo de saída (também conhecida como válvula de controle de saída e válvula de saída de recuperação de impulso).Por exemplo, quando o ar de descarga da cabine do trocador de calor de saída 230 é acoplado à válvula de saída, o trocador de calor de saída 230 aumenta a energia no ar de descarga da cabine, o que aumenta o impulso recuperado pela válvula de saída.

[0054] Além disso, quando um meio é fornecido a partir da entrada 201, o meio pode ser referido como ar exterior fresco (também conhecido como ar fresco ou ar exterior destinado a entrar no volume ou câmara 102 pressurizada).0 ar fresco exterior pode ser adquirido por um ou mais mecanismos de coleta, tais como uma escavação de impacto ou de descarga. Assim, a entrada 201 pode ser considerada uma entrada de ar fresco.

[0055] Numa operação de baixa altitude do sistema de controle ambiental 200, o ar de alta temperatura e alta pressão do motor de turbina ou da unidade de energia auxiliar através da entrada 101 através da válvula VI entra no trocador de calor primário 120. O trocador de calor primário 120 arrefece o ar de alta temperatura e pressão para uma temperatura quase ambiente para produzir ar de alta pressão frio. Este ar frio de alta pressão entra no condensador 160, onde é adicionalmente arrefecido por ar da turbina 213 do dispositivo de compressão 210.Ao sair do condensador 160, o ar frio pressurizado entra no extrator de água 272, de modo que a umidade no ar é removida.

[0056] O ar frio de alta pressão entra na turbina 213 através de um bocal. O ar de alta pressão frio é expandido através da turbina 213 e trabalho é extraído do ar de alta pressão frio. Este trabalho extraído aciona o compressor 212 utilizado para comprimir o ar exterior fresco. Este trabalho extraído também aciona a ventoinha 216, que é utilizada para mover ar (por exemplo, ar de impacto) através do trocador de calor primário 120 e o trocador de calor secundário 130 (também conhecido como trocadores de calor de ar de impacto).

[0057] O ato de comprimir o ar exterior fresco aquece o ar exterior fresco. O ar exterior fresco comprimido entra no trocador de calor de saída de fluxo 230 e é arrefecido pelo ar de descarga da cabine (ver a linha tracejada F2) para produzir ar exterior fresco comprimido arrefecido. O trocador de calor de saída 230 descarrega o ar de descarga da cabine através do casco 119, para um sistema de controle de pressão da cabine ou válvula de saída.

[0058] O ar exterior fresco comprimido arrefecido entra então no trocador de calor secundário 130 e é adicionalmente arrefecido até quase a temperatura ambiente. O ar que sai do trocador de calor secundário 130 entra então no extrator de água 271, onde qualquer umidade livre é removida, para produzir ar de pressão média frio. Este ar frio de média pressão é direcionado pela válvula V2 para a turbina 213.Este ar de pressão média frio entra então na turbina 213 através de um bocal. O ar de média pressão frio é expandido através da turbina 213 e trabalho é extraído do ar de alta pressão frio.

[0059] Os dois fluxos de ar (por exemplo, o fornecimento de ar exterior fresco a partir de 201 e o fornecimento de ar de sangria a partir da entrada 101) são misturados a jusante da turbina 213 para produzir ar misto. Esta localização a jusante pode ser considerada um primeiro ponto de mistura do sistema de controle ambiental 200. O ar misto sai e depois entra no condensador 160 para arrefecer o ar de sangria que deixa o trocador de calor primário 120.0 ar misto é então enviado para condicionar a câmara 102.

[0060] Esta operação de baixa altitude pode ser considerada um modo de baixa altitude. O modo de baixa altitude pode ser usado para condições de voo no solo e em baixa altitude, como condições de inatividade no solo, táxi, decolagem e espera.

[0061] Na operação em alta altitude do sistema de controle ambiental 200, o ar exterior fresco pode ser misturado a jusante do condensador 160 (em vez de a jusante da turbina 113 ou no primeiro ponto de mistura). Nesta situação, o ar que sai do extrator de água 271 é o ar de pressão média frio. Este ar de pressão média frio é direcionado pela válvula V2 para jusante do condensador 160.0 local no qual este ar fresco de média pressão se mistura com o ar de sangria, que é originário da entrada de 101 e sai do condensador 160, pode ser considerado um segundo ponto de mistura do sistema de controle ambiental 200.

[0062] Esta operação de altitude elevada pode ser considerada um modo de altitude elevada. O modo de altitude elevada pode ser utilizado em condições de voo de cruzeiro, subida e descida de altitude elevada. No modo de alta altitude, os requisitos de aviação de ar fresco para passageiros são cumpridos misturando-se os dois fluxos de ar (por exemplo, a fonte de ar exterior fresco 201 e a fonte de ar de sangria da entrada 101).Além disso, dependendo da altitude da aeronave, a quantidade de sangria de ar necessária pode ser reduzida. Deste modo, o sistema de controle ambiental 200 fornece redução do ar de sangria variando de 40% a 75% para fornecer maiores eficiências em relação à queima de combustível do motor do que sistemas de ar de aviões contemporâneos.

[0063] A FIG.3 ilustra uma variação do sistema de controle ambiental 200.Em geral. Passando agora à FIG.3, um esquema de um sistema de controle ambiental 300 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 200) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 300 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 300 incluem um trocador de calor de saída 330.

[0064] O sistema de controle ambiental 300 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 200, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o trocador de calor de saída 330 utiliza o fornecimento de ar de descarga da cabine a partir da câmara 101 para arrefecer o fornecimento de ar de sangria a partir da entrada 101. Por sua vez, o sistema de controle ambiental 300 pode reduzir significativamente a temperatura do ar de sangria (por exemplo, até 100 °F) que entra no trocador de calor primário, permitindo assim uma redução no tamanho do trocador de calor primário 120 e uma quantidade de ar de impacto requerida pelo trocador de calor primário 120.

[0065] Além disso, um escape de ar de descarga da cabine do sistema de controle ambiental 300 pode ser liberado através do invólucro 119, enviado para um sistema de controle de pressão da cabine, e a válvula de saída. Por exemplo, quando o ar de descarga da cabine do trocador de calor de saída 230 e o trocador de calor de saída 330 estão acoplados à válvula de saída, os trocadores de calor de saída 230 e 330 aumentam a energia no ar de descarga da cabine, o que aumenta o impulso recuperado pela válvula de saída.

[0066] Passando agora à FIG.4, um esquema de um sistema de controle ambiental 400 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 200) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 400 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 400 incluem um dispositivo de compressão 410 (que compreende um compressor 412, uma turbina 413, uma turbina 414, uma ventoinha 116 e um eixo 118) e uma válvula V4, juntamente com um percurso para um meio indicado por linhas traço e ponto F4.1 e F4.2.

[0067] Numa operação de baixa altitude do sistema de controle ambiental 400, o ar de alta temperatura e alta pressão do motor de turbina ou da unidade de energia auxiliar através da entrada 101 através da válvula VI entra no trocador de calor primário 120.0 trocador de calor primário 120 arrefece o ar de alta temperatura e pressão para uma temperatura quase ambiente para produzir ar de alta pressão frio. Este ar frio de alta pressão entra no condensador 160, onde é adicionalmente arrefecido por ar da turbina 413 do dispositivo de compressão 410.Ao sair do condensador 160, o ar frio pressurizado entra no extrator de água 272, de modo que a umidade no ar é removida.

[0068] O ar frio de alta pressão entra na turbina 413 através de um bocal. O ar de alta pressão frio é expandido através da turbina 413 e trabalho é extraído do ar de alta pressão frio. Este trabalho extraído aciona o compressor 412 utilizado para comprimir o ar exterior fresco. Este trabalho extraído também aciona a ventoinha 216, que é utilizada para mover ar (por exemplo, ar de impacto) através do trocador de calor primário 120 e o trocador de calor secundário 130 (também conhecido como trocadores de calor de ar de impacto).

[0069] O ato de comprimir o ar exterior fresco aquece o ar exterior fresco. O ar exterior fresco comprimido entra no trocador de calor de saída de fluxo 230 e é arrefecido pelo ar de descarga da cabine (ver a linha tracejada F2) para produzir ar exterior fresco comprimido arrefecido. O trocador de calor de saída 230, conforme direcionado através da válvula V4, descarrega a descarga da cabine através do casco 119.

[0070] O ar exterior fresco comprimido arrefecido entra então no trocador de calor secundário 130 e é adicionalmente arrefecido até quase a temperatura ambiente. O ar que sai do trocador de calor secundário 130 entra então no extrator de água 271, onde qualquer umidade livre é removida, para produzir ar de pressão média frio. Este ar frio de média pressão é direcionado pela válvula V2 para a turbina 413. Este ar de pressão média frio entra então na turbina 413 através de um bocal. O ar de média pressão frio é expandido através da turbina 413 e trabalho é extraído do ar de alta pressão frio.

[0071] Os dois fluxos de ar (por exemplo, o fornecimento de ar exterior fresco a partir de 201 e o fornecimento de ar de sangria a partir da entrada 101) são misturados a jusante da turbina 413 para produzir ar misto. Esta localização a jusante pode ser considerada um primeiro ponto de mistura do sistema de controle ambiental 200. O ar misto sai e depois entra no condensador 160 para arrefecer o ar de sangria que deixa o trocador de calor primário 120.0 ar misto é então enviado para condicionar a câmara 102.

[0072] Esta operação de baixa altitude pode ser considerada um modo de baixa altitude. O modo de baixa altitude pode ser usado para condições de voo no solo e em baixa altitude, como condições de inatividade no solo, táxi, decolagem e espera.

[0073] Na operação em alta altitude do sistema de controle ambiental 200, o ar exterior fresco pode ser misturado a jusante do condensador 160 (em vez de a jusante da turbina 413 ou no primeiro ponto de mistura).Nesta situação, o ar que sai do extrator de água 271 é o ar de pressão média frio. Este ar de pressão média frio é direcionado pela válvula V2 para jusante do condensador 160. O local no qual este ar fresco de média pressão se mistura com o ar de sangria, que é originário da entrada de 101 e sai do condensador 160, pode ser considerado um segundo ponto de mistura do sistema de controle ambiental 200.

[0074] Além disso, o trocador de calor de saída 230, conforme direcionado através da válvula V4, descarrega o ar de descarga da cabine para a turbina 414 para utilizar a energia do ar de descarga da cabine para alimentar o compressor 412.Assim, a turbina 414 pode então alimentar o ar quente da válvula de descarga e o compressor 412 recebe energia tanto do ar de sangria quanto do ar de descarga da cabine.

[0075] Esta operação de altitude elevada pode ser considerada um modo de altitude elevada. O modo de altitude elevada pode ser utilizado em condições de voo de cruzeiro, subida e descida de altitude elevada. No modo de alta altitude, os requisitos de aviação de ar fresco para passageiros são cumpridos misturando-se os dois fluxos de ar (por exemplo, a fonte de ar exterior fresco 201 e a fonte de ar de sangria da entrada 101).Além disso, dependendo da altitude da aeronave, a quantidade de sangria de ar necessária pode ser reduzida. Deste modo, o sistema de controle ambiental 200 fornece redução do ar de sangria variando de 40% a 60% para fornecer maiores eficiências em relação à queima de combustível do motor do que sistemas de ar de aviões contemporâneos.

[0076] A FIG.5 ilustra uma variação do sistema de controle ambiental 400.Em geral. Passando agora à FIG.5, um esquema de um sistema de controle ambiental 500 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 400) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300 e 400 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 500 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos.

[0077] O sistema de controle ambiental 500 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 200 e 400, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o trocador de calor de saída 330 utiliza o fornecimento de ar de descarga da cabine a partir da câmara 101 para arrefecer o fornecimento de ar de sangria a partir da entrada 101.Por sua vez, o sistema de controle ambiental 300 pode reduzir significativamente a temperatura do ar de sangria (por exemplo, até 100 °F) que entra no trocador de calor primário, permitindo assim uma redução no tamanho do trocador de calor primário 120 e uma quantidade de ar de impacto requerida pelo trocador de calor primário 120.

[0078] Referindo-se agora às FIGS.6 e 7, modalidades de uma configuração do trocador de calor são mostradas. Em geral, os sistemas acima 100, 200, 300, 400 e 500 podem abranger uma ou mais configurações de trocador de calor, em que cada uma delas pode ser configurada como dois, três ou quatro trocadores de meio. Além disso, o alinhamento das configurações do trocador de calor pode variar.

[0079] A FIG.6 ilustra uma configuração de trocador de calor 600 com um alinhamento não linear. Configuração do trocador de calor 600 inclui uma primeira seção de trocador 610 e uma segunda seção do trocador de calor 620.As seções de trocador de calor, 610 e 620 podem se alinhar com os sistemas 200, 300,400 e 500.

[0080] Numa modalidade da configuração do trocador de calor 600, com referência às FIGS.2 e 4, a primeira seção de trocador 610 pode corresponder ao trocador de calor de saída de fluxo 230 e a segunda seção do trocador de calor 620 pode corresponder ao trocador de calor secundário 130.Por exemplo, o trocador de calor secundário 130 pode ser um trocador de calor duplo que compreende o trocador de calor de saída 230 e o trocador de calor secundário 130.

[0081] Em operação, um fluxo de ar fresco pode seguir o percurso descrito pelas linhas F61-F68, tal que um fluxo externo (linha F61) entre em um primeiro cabeçalho da primeira seção do trocador 610 e seja direcionado para (linha F62) o trocador de calor de saída 230.0 fluxo do ar fresco cruza (linha F63) o trocador de calor de saída 230 e entra em um segundo cabeçalho da primeira seção do trocador 610.0 fluxo de ar fresco prossegue através do segundo cabeçalho da primeira seção do trocador 610 (linha F64) e entra num primeiro cabeçalho da segunda seção do trocador 620, onde é direcionado para (linha F65) o trocador de calor secundário 130.0 fluxo de ar fresco cruza (linha F66) o trocador de calor secundário 130 e entra um segundo cabeçalho da segunda seção do trocador 620.0 fluxo de ar fresco é direcionado pelo segundo cabeçalho da segunda seção do trocador 620 (linha F67) para sair da configuração do trocador de calor 600 (linha F68).

[0082] Além disso, o trocador de calor de saída 230 recebe um fluxo de ar de descarga da cabine (linhas F6.C) e o trocador de calor secundário 130 recebe um fluxo de ar de impacto (linhas F6.R).Os fluxos de ar de descarga da cabine (F6.C) e do ar de impacto (F6.R) são representados como fluindo numa primeira direção em relação ao ar fresco, de acordo com uma modalidade. De acordo com outras modalidades, os fluxos do ar de descarga da cabine (F6.C) e do ar de impacto (F6.R) podem estar numa direção oposta à primeira direção. De acordo com outras modalidades, os fluxos do ar de descarga da cabine (F6.C) e do ar de impacto (F6.R) podem estar em direções diferentes.

[0083] Uma vista de perfil 650 ilustra ainda o fluxo não linear do ar fresco. Note-se que, nesta vista de perfil 650, os fluxos do ar de descarga da cabine (F6.C) e do ar de impacto (F6.R) são perpendiculares ao plano do fluxo não linear do ar fresco.

[0084] A modalidade acima da configuração do trocador de calor 600 pode ser combinada numa única unidade com o trocador de calor primário 120, onde a unidade individual pode ser referida como um trocador de calor de quatro meios ou um trocador de calor triplo.

[0085] Numa outra modalidade da configuração do trocador de calor 600, com referência às FIGS.3 e 5, a primeira seção de trocador 610 pode representar o trocador de calor de saída de fluxo 230 e a segunda seção do trocador de calor 620 pode representar o trocador de calor secundário 330.Por exemplo, a configuração do trocador de calor 600, com referência às FIGS. 3 e 5, pode ser um trocador de calor duplo que compreende o trocador de calor de saída de fluxo 230 e o trocador de calor de saída de fluxo 330.

[0086] Em operação, um fluxo de ar de descarga de cabine pode seguir o percurso descrito pelas linhas F61-F68, tal que um fluxo externo (linha F61) entre em um primeiro cabeçalho da primeira seção do trocador 610 e seja direcionado para (linha F62) o trocador de calor de saída 230.0 fluxo do ar de descarga de cabine cruza (linha F63) o trocador de calor de de calor 720 pode corresponder ao trocador de calor secundário 130 (altemativamente, a primeira seção de trocador 710 pode corresponder ao trocador de calor secundário 130 e a segunda seção de trocador de calor 720 pode corresponder ao trocador de calor primário 120).Por exemplo, o trocador de calor secundário 130 pode ser um trocador de calor duplo que compreende o trocador de calor de saída 230 e o trocador de calor secundário 130.Em uma configuração linear do trocador de calor duplo, a primeira seção do trocador 710 e a segunda seção do trocador 720 pode abranger uma superfície contínua do segundo meio e/ou um ou mais estabilizadores verticais do segundo meio contínuo.

[0091] Em operação, um fluxo de ar fresco pode seguir o percurso delineado pelas linhas F71-F74, de tal modo que um fluxo externo (linha F71) entre na primeira seção de trocador 710 e flua linearmente através da linha (F72) da primeira seção do trocador 710.0 fluxo de ar fresco entra, então, na segunda seção do trocador 720 e flui linearmente através da linha (F73) da segunda seção do trocador 720.0 fluxo de ar fresco sai, então, da configuração do trocador de calor 700 (linha F74).

[0092] Além disso, a primeira seção do trocador 710 recebe um fluxo de ar de descarga da cabine (linhas F7.C) e a segunda seção do trocador 720 recebe um fluxo de ar de impacto (linhas F7.R).Os fluxos de ar de descarga da cabine (F7.C) e do ar de impacto (F7.R) são representados como fluindo numa primeira direção em relação ao ar fresco, de acordo com uma modalidade. De acordo com outras modalidades, os fluxos do ar de descarga da cabine (F7.C) e do ar de impacto (F7.R) podem estar numa direção oposta à primeira direção. De acordo com outras modalidades, os fluxos do ar de descarga da cabine (F7.C) e do ar de impacto (F7.R) podem estar em direções diferentes.

[0093] Uma vista de perfil 750 ilustra ainda o fluxo linear do ar fresco. Note-se que, nesta vista de perfil 750, os fluxos do ar de descarga da cabine (F7.C) e do ar de impacto (F7.R) são perpendiculares ao plano do fluxo não linear do ar fresco.

[0094] A modalidade acima da configuração do trocador de calor 700 pode ser combinada numa única unidade com o trocador de calor primário 120, onde a unidade individual pode ser referida como um trocador de calor de quatro meios ou um trocador de calor triplo.

[0095] Numa outra modalidade da configuração do trocador de calor 700, com referência às FIGS.3 e 5, a primeira seção de trocador 710 pode representar o trocador de calor de saída de fluxo 230 e a segunda seção do trocador de calor 720 pode representar o trocador de calor secundário 330.Por exemplo, a configuração do trocador de calor 700, com referência às FIGS. 3 e 5, pode ser um trocador de calor duplo que compreende o trocador de calor de saída de fluxo 230 e o trocador de calor de saída de fluxo 330.

[0096] Em operação, um fluxo de ar de descarga da cabine pode seguir o percurso delineado pelas linhas F71-F74, de tal modo que um fluxo externo (linha F71) entre na primeira seção de trocador 710 e flua linearmente através da linha (F72) da primeira seção do trocador 710.0 fluxo de ar de descarga da cabine entra, então, na segunda seção do trocador 720 e flui linearmente através da linha (F73) da segunda seção do trocador 720.0 fluxo de ar de descarga da cabine sai, então, da configuração do trocador de calor 700 (linha F74).

[0097] Além disso, a primeira seção do trocador 710 recebe um fluxo de ar fresco (linhas F7.C) e a segunda seção do trocador 720 recebe um fluxo de ar de sangria (linhas F7.R).Os fluxos de ar de fresco (F7.C) e do ar de sangria (F7.R) são representados como fluindo numa primeira direção em relação ao ar de descarga de cabine, de acordo com uma modalidade. De acordo com outras modalidades, os fluxos do ar fresco (F7.C) e do ar de sangria (F7.R) podem estar numa direção oposta à primeira direção. De acordo com outras modalidades, os fluxos do ar fresco (F7.C) e do ar de sangria (F7.R) podem estar em direções diferentes.

[0098] Note-se que a configuração do trocador de calor 700 pode ser utilizada de modo que as seções 710 e 720 possam corresponder a um ou mais dos trocadores de calor 120,130,230 e 330 das FIGs.3 ou 5.

[0099] Tendo em conta o que precede, os efeitos técnicos e as vantagens do trocador de calor de fluxo de saída 230 e/ou do trocador de calor de fluxo de saída 330 (ambos podem ser também designados por trocador de calor de saída de cabine e/ou trocador de calor de válvula de descarga) incluem uma abaixar significativamente uma temperatura do ar fresco saindo do compressor 212 e entrando no trocador de calor secundário 130, o que ajuda na remoção da umidade no solo e em uma redução do fluxo de ar de impacto em cruzeiro.

[00100] Os efeitos técnicos e os benefícios do trocador de calor de saída de fluxo 230 e/ou do trocador de calor de saída de fluxo 330 incluem aumentar significativamente a temperatura do ar de descarga da cabine e, deste modo, aumentar o nível de energia do ar de descarga da cabine.

[00101] Numa modalidade, se o trocador de calor da válvula de saída estiver ligado a uma válvula de saída de recuperação de impulso, o avião pode receber mais impulso da válvula de saída de recuperação de impulso.

[00102] Numa outra modalidade, se o trocador de calor de saída de cabine estiver ligado a uma turbina num dispositivo de compressão (como mostrado nas FIGS.4 e 5 em relação à turbina 414 e ao dispositivo de compressão 410), uma temperatura de entrada de turbina aumentada proporciona uma redução adicional na utilização de ar de sangria, reduzindo assim a queima de combustível pelo avião. Além disso, se for utilizada a modalidade do trocador de calor duplo, o ar de descarga da cabine também pode reduzir a temperatura do ar de sangria e aumentar ainda mais a temperatura e a energia do ar de saída (o aumento da temperatura aumenta os benefícios acima mencionados).

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

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

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

[00106] Embora a modalidade preferida tenha sido descrita, será entendido que os versados na técnica, tanto agora como no futuro, podem fazer vários aperfeiçoamentos e intensificações que caem dentro do escopo das reivindicações que se seguem. Estas reivindicações devem ser interpretadas para manter a proteção adequada.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Avião, caracterizado pelo fato de que compreende: um volume pressurizado configurado para proporcionar um primeiro meio; e um sistema de ar condicionado que compreende: um trocador de calor configurado para transferir calor de um segundo meio para o primeiro meio, e um compressor configurado para receber o segundo meio, em que o compressor está a jusante do trocador de calor em um percurso de fluxo do segundo meio.

2. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio é ar de descarga de cabine, e em que o segundo meio é ar fresco.

3. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: uma válvula de descarga a jusante do trocador de calor num percurso de fluxo do primeiro meio.

4. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: uma turbina a jusante do trocador de calor num percurso de fluxo do primeiro meio.

5. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um fluxo de um terceiro meio; e um segundo trocador de calor configurado para transferir calor do terceiro meio para o primeiro meio.

6. Avião de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor e o segundo trocador de calor compreendem uma superfície contínua do segundo meio.

7. Avião de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor e o segundo trocador de calor compreendem um ou mais estabilizadores verticais contínuos do segundo meio.

8. Avião de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor e o segundo trocador de calor estão incluídos num trocador de calor duplo.

9. Avião de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o terceiro meio é ar pressurizado.

10. Avião de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o segundo trocador de calor está a jusante do trocador de calor num percurso de escoamento do primeiro meio.

11. Avião de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma válvula de saída a jusante do trocador de calor no percurso de fluxo do primeiro meio.

12. Avião de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma turbina a jusante do trocador de calor no percurso de fluxo do primeiro meio.

13. Avião, caracterizado pelo fato de que compreende: um volume pressurizado configurado para proporcionar um primeiro meio; e um sistema de ar condicionado que compreende: um trocador de calor de três meios; e um compressor configurado para receber um segundo meio, em que o compressor está a jusante do trocador de calor de três meios em um percurso de fluxo do segundo meio.

14. Avião de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio é ar de descarga de cabine, e em que o segundo meio é ar fresco.

15. Avião de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor de três meios está configurado para receber o primeiro meio, o segundo meio e um terceiro meio, e em que o terceiro meio e o primeiro meio são dissipadores de calor para o segundo meio.