BR102018001600B1 - Sistema de controle de ambiente para fornecimento de ar condicionado para um volume de uma aeronave - Google Patents

Abstract

Um sistema de controle de ambiente para proporcionar ar condicionado a um volume de uma aeronave inclui um circuito de ar de pressão dinâmica que inclui um invólucro de ar de pressão dinâmica com pelo menos um trocador de calor posicionado no mesmo. Um sistema de desumidificação é disposto em comunicação de fluido com o circuito de ar de pressão dinâmica e pelo menos um dispositivo de compressão é disposto em comunicação de fluido com o circuito de ar de pressão dinâmica e o sistema de desumidificação. Uma pluralidade de meios pode ser recebida dentro do sistema de controle de ambiente. Um primeiro meio da pluralidade de meios é fornecido a partir do volume da aeronave através de pelo menos uma válvula.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Exemplos de modalidades referem-se às técnicas de sistemas de controle de ambiente e, em particular, a um conjunto de divisão de sistema de controle de ambiente de aeronave (environmental control system, ECS) com dois trocadores de calor de sangria/fluxo de saída.

[002] Em geral, os sistemas de condicionamento de ambiente contemporâneos são fornecidos com uma pressão no percurso 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 de motor mais baixa. A terceira abordagem é usar a energia no ar de fluxo de saída para comprimir o ar externo e trazê-lo para a cabine. Cada uma destas abordagens fornece eficiência limitada em relação à queima de combustível de motor. É descrita uma abordagem que utiliza a sangria e o ar de fluxo de saída da cabine para alimentar um sistema de refrigeração integrado de divisão, que oferece a redundância operacional de um ECS típico de dois conjuntos.

BREVE DESCRIÇÃO

[003] De acordo com uma modalidade, um sistema de controle de ambiente para proporcionar ar condicionado a um volume de uma aeronave inclui um circuito de ar de pressão dinâmica que inclui um invólucro de ar de pressão dinâmica com pelo menos um trocador de calor posicionado no mesmo. Um sistema de desumidificação é disposto em comunicação de fluido com o circuito de ar de pressão dinâmica e pelo menos um dispositivo de compressão é disposto em comunicação de fluido com o circuito de ar de pressão dinâmica e o sistema de desumidificação. Uma pluralidade de meios pode ser recebida dentro do sistema de controle de ambiente. Um primeiro meio da pluralidade de meios é fornecido a partir do volume da aeronave através de pelo menos uma válvula.

[004] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, pelo menos um trocador de calor de fluxo de saída é posicionado a montante do circuito de ar de pressão dinâmica, o trocador de calor de fluxo de saída sendo configurado para transferir calor entre um segundo meio dentre a pluralidade de meios e o primeiro meio.

[005] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, pelo menos uma válvula é operável para controlar um fluxo do primeiro meio para pelo menos um trocador de calor de fluxo de saída.

[006] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, pelo menos uma válvula inclui uma primeira válvula e segunda válvula operáveis independentemente e pelo menos um trocador de calor de fluxo de saída inclui um primeiro trocador de calor de fluxo de saída e um segundo trocador de calor de fluxo de saída, sendo a primeira válvula operável para controlar um fluxo do primeiro meio para o primeiro trocador de calor de fluxo de saída e a segunda válvula sendo operável para controlar um fluxo do primeiro meio para o segundo trocador de calor de fluxo de saída.

[007] Além de uma ou mais das características descritas acima ou, como alternativa, em outras modalidades, o circuito de ar de pressão dinâmica é montado adjacente a um primeiro lado de um componente estrutural e pelo menos um dispositivo de compressão está disposto adjacente a um segundo lado do componente estrutural.

[008] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, pelo menos um dispositivo de compressão inclui: uma turbina e um compressor operativamente acoplados através de uma haste e um ventilador operativamente acoplados ao circuito de ar de pressão dinâmica, em que pelo menos um dispositivo de compressão está disposto de forma não linear com o circuito de ar de pressão dinâmica de modo que um eixo de rotação do ventilador se desloca a partir de um eixo de rotação da haste.

[009] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades o ventilador é um ventilador de turbina de ponta.

[0010] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades pelo menos um dispositivo de compressão inclui uma pluralidade de dispositivos de compressão dispostos em paralelo.

[0011] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, a pluralidade de dispositivos de compressão é substancialmente idêntica.

[0012] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, modalidades compreendem pelo menos uma válvula de dispositivo de compressão operável para controlar um fluxo de pelo menos um dentre a pluralidade de meios para a pluralidade de dispositivos de compressão.

[0013] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades em uma primeira posição, pelo menos uma válvula de dispositivo de compressão está configurada para direcionar o fluxo para apenas uma porção da pluralidade de dispositivos de compressão.

[0014] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades em uma segunda posição, pelo menos uma válvula de dispositivo de compressão está configurada para direcionar o fluxo de fluido para cada uma dentre a pluralidade de dispositivos de compressão.

[0015] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, o circuito de ar de pressão dinâmica inclui uma pluralidade de saídas independentes formadas no invólucro.

[0016] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, pelo menos uma saída é associada a cada um dos vários dispositivos de compressão.

[0017] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, pelo menos um dispositivo de compressão inclui uma turbina que possui uma primeira entrada e uma segunda entrada configuradas para fornecer energia pela expansão de uma ou mais da pluralidade de meios, a primeira entrada sendo configurada para receber um segundo meio da pluralidade de meios e a segunda entrada sendo configurada para receber um terceiro meio da pluralidade de meios.

[0018] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, o compressor de pelo menos um dispositivo de compressão está configurado para receber energia de pelo menos um do segundo meio e o terceiro meio é expandido através da turbina, o compressor sendo configurado para comprimir o terceiro meio.

[0019] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, o sistema de controle de ambiente é operável em uma pluralidade de modos e durante a operação em pelo menos uma da pluralidade de modos, o segundo meio e o terceiro meio são misturados dentro da turbina.

[0020] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, o sistema de controle de ambiente é operável em uma pluralidade de modos e durante a operação em pelo menos uma da pluralidade de modos, o segundo meio e o terceiro meio são misturados a jusante dentro da turbina.

[0021] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, o segundo meio é ar de sangria e o terceiro meio é ar fresco.

[0022] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, pelo menos um dispositivo de compressão inclui ainda uma turbina de potência configurada para fornecer energia ao compressor pela expansão do primeiro meio da pluralidade de meios.

[0023] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, o primeiro meio de um ou mais meios é o ar de descarga de cabine proporcionado a partir de uma área pressurizada da aeronave.

[0024] Além de uma ou mais das características descritas acima ou como alternativa, em outras modalidades, o circuito de ar de sangria é operacionalmente acoplado a um primeiro motor, a um segundo motor e a uma unidade de energia auxiliar.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0025] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitantes em nenhuma circunstância. Em referência às figuras anexadas, elementos similares são numerados de maneira similar:

[0026] A FIG. 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de controle de ambiente de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0027] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho divulgado e do método divulgado é apresentada neste documento a título de exemplificação, e não como limitação, com referência às Figuras.

[0028] As modalidades neste documento proporcionam um sistema de controle de ambiente de uma aeronave que mistura meios de diferentes fontes e utiliza as diferentes fontes para alimentar o sistema de controle de ambiente e para proporcionar pressurização e arrefecimento na cabine com alta eficiência de queima de combustível. Os meios descritos neste documento são geralmente tipos de ar; no entanto, deve ser compreendido que outros meios, tais como gases, líquidos, sólidos fluidizados ou suspensões também são contemplados neste documento.

[0029] Com referência agora à FIG. 1, um diagrama esquemático de um sistema de controle de ambiente (ECS) é representado de acordo com modalidades não limitativas. Embora o sistema de controle de ambiente 20 seja descrito com referência a uma aeronave, as aplicações alternativas também estão dentro do escopo da divulgação.

[0030] Conforme ilustrado na figura, o sistema 20 pode receber um primeiro meio A1 em pelo menos uma primeira entrada 22 e proporcionar uma forma condicionada do primeiro meio A1 a um volume 24. A forma condicionada do primeiro meio A1 proporcionado ao volume 24 pode ser independente ou pode ser um componente de um meio misto AM, como descrito em mais detalhe abaixo. Em modalidades em que o sistema de controle de ambiente 20 é utilizado em um pedido de patente de aeronave, o primeiro meio A1 é o ar de sangria, que é ar pressurizado que se origina, isto é, é "sangrado" do motor ou unidade de potência auxiliar da aeronave, ilustrada esquematicamente em 26. Deve ser notado que um ou mais dentre 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.

[0031] O sistema 20 pode receber um segundo meio A2 a partir de uma entrada 28 e proporcionar uma forma condicionada do segundo meio A2 ao volume 24, por exemplo, como uma porção do meio misto AM. Em uma modalidade, o segundo meio A2 é ar fresco, por exemplo, ar externo. 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 28 pode ser considerada uma entrada de ar fresco ou uma entrada de ar externo. Geralmente, o ar fresco A2 descrito neste documento está a uma pressão ambiente fora da aeronave em relação à altitude.

[0032] O sistema 20 pode ainda receber um terceiro meio A3 a partir do volume 24. Em uma modalidade, o terceiro meio A3 é ar de descarga da cabine, que é o ar que sai do volume 24 e é descarregado ao mar. Por exemplo, o ar de descarga da cabine A3 pode ser fornecido a um destino, tal como uma saída. Exemplos da saída podem incluir, mas não estão limitados a, um circuito de pressão dinâmica e/ou uma válvula de fluxo de saída (que são despejados no mar).

[0033] O sistema 20 está configurado para extrair trabalho a partir do terceiro meio A3. Desta maneira, o ar pressurizado do volume 24 pode ser utilizado pelo sistema 20 para conseguir certas operações necessárias a diferentes altitudes. Assim, com base em modos de operação, o sistema 20 pode misturar o primeiro meio A1, o segundo meio A2 e/ou o terceiro meio A3 para produzir o meio misto AM. O meio misto AM pode ser um ar misturado que satisfez as exigências de ar fresco estabelecidas por organizações de aviação.

[0034] O sistema de controle de ambiente (ECS) 20 inclui um circuito de ar de pressão dinâmica 30 que inclui um invólucro ou duto 32 dentro do qual estão localizados um ou mais trocadores de calor. O invólucro 32 pode receber e direcionar um meio, tal como ar de pressão dinâmica, por exemplo, através de uma porção do sistema 20. Os trocadores de calor são dispositivos construídos para transferência de calor eficiente de um meio para outro. Exemplos do tipo de trocadores de calor que podem ser utilizados incluem, mas não estão limitados a, dupla tubulação, invólucro e tubo, placa, placa e invólucro, invólucro adiabático, aleta de placa, almofada e trocadores de calor de fluido.

[0035] Os um ou mais trocadores de calor dispostos dentro do invólucro 32 podem ser referidos como trocadores de calor de pressão dinâmica. Na modalidade ilustrada, não limitativa, os trocadores de calor de pressão dinâmica incluem um trocador de calor primário 34 e um trocador de calor secundário 36. Dentro dos trocadores de calor primários e secundários 34, 36, o ar de pressão dinâmica, tal como o ar externo, por exemplo, atua como um dissipador de calor para arrefecer o primeiro meio A1, por exemplo, ar de sangria e/ou o segundo meio A2, por exemplo, ar fresco. Em uma modalidade não limitativa, um escape do ar de descarga da cabine A3 pode ser liberado através do invólucro 32 do circuito de pressão dinâmica 30 e utilizado em conjunto ou no lugar do ar de pressão dinâmica.

[0036] O sistema 20 inclui adicionalmente pelo menos um trocador de calor de fluxo de saída 38. Na modalidade não limitativa ilustrada, um primeiro trocador de calor de fluxo de saída 38 está disposto a jusante de uma primeira entrada 22 e um segundo trocador de calor de fluxo de saída 38 está disposto a jusante de uma segunda entrada 22. Cada um dos trocadores de calor de fluxo de saída 38 está configurado para reduzir uma temperatura do primeiro meio A1 proporcionado ao mesmo. O terceiro meio A3, tal como o escape do ar da cabine, por exemplo, é recirculado para o sistema 20 a partir do volume pressurizado 24, através de uma válvula 40. Cada válvula 40 proporciona uma penetração do anteparo onde o ar pode ser fornecido a partir da área pressurizada do volume 24 para a área não pressurizada contendo o ECS 20.

[0037] Conforme ilustrado, o terceiro meio A3 pode ser fornecido de forma seletiva através da operação das válvulas 40 a um trocador de calor de fluxo de saída 38 correspondente, onde o calor é transferido para o terceiro meio A3 através de uma relação de troca de calor com o primeiro meio A1, antes que ambos os meios sejam fornecidos para outro componente do sistema 20. A primeira saída do meio A1 de cada trocador de calor de fluxo de saída 38 é proporcionada ao circuito de ar de pressão dinâmica 30. Na modalidade ilustrada, não limitativa, a primeira saída do meio A1 dos trocadores de calor de fluxo de saída 38 é fornecida ao trocador de calor primário 34. A terceira saída média de cada trocador de calor de fluxo de saída 38 é proporcionada a um componente correspondente, tal como uma turbina de um dispositivo de compressão, a ser descrita com mais detalhes abaixo.

[0038] O sistema 20 também compreende um sistema de desumidificação 42 incluindo um reaquecedor 44, um extrator de água 46, um condensador 48 e outro extrator de água 50. Os extratores de água 46 e 50 são dispositivos mecânicos que realizam um processo de remoção de água de um meio. O reaquecedor 44 e o condensador 48 são tipos particulares de trocadores de calor. Em uma modalidade não limitativa, um reaquecedor 44 e/ou um extrator de água 46 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 de ambiente 20 (por exemplo, a jusante do trocador de calor primário 34). Um separador de água de baixa pressão, tal como formado por operação combinada do condensador 48 e extrator de água 50, pode ser configurado para remover a umidade a uma pressão mais baixa dentro de um sistema de controle de ambiente 20, tal como a uma pressão de descarga da turbina (por exemplo, ar misturado que sai da turbina).

[0039] Pelo menos um dispositivo de compressão 60 está disposto em comunicação de fluido com o circuito de ar de pressão dinâmica 30 e o sistema de desumidificação 42. Na modalidade ilustrada não limitativa, o sistema 20 inclui um par de dispositivos de compressão 60 dispostos em paralelo. No entanto, um sistema 20 incluindo mais do que dois dispositivos de compressão 60 também é contemplado neste documento. Os dispositivos de compressão 60 do sistema 20 podem, mas não precisam ser substancialmente idênticos.

[0040] Cada dispositivo de compressão 60 inclui um compressor 62, uma turbina 64, uma turbina de potência 66, operativamente acoplada através de uma haste 68. O compressor 62 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 compressores incluem de tipo centrífugo, diagonal 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. Como mostrado, o compressor 62 é configurado para receber e pressurizar o segundo meio A2.

[0041] A turbina 64 e a turbina de energia 66 são dispositivos mecânicos que expandem e extraem o trabalho a partir de um meio (também referido como energia de extração). Nos dispositivos de compressão 60, as turbinas 64, 66 conduzem o compressor 62 através da haste 68. A turbina 64 pode ser uma turbina de entrada dupla que inclui uma pluralidade de trajetos de fluxo de gás de entrada, tal como um caminho de fluxo interno e um caminho de fluxo externo, para permitir mistura de fluxos de meio alternativos na saída da turbina. O trajeto de fluxo interno pode ser um primeiro diâmetro e o trajeto de fluxo externo pode ser um segundo diâmetro. A turbina de potência 66 pode fornecer assistência de energia à turbina com base em um modo de operação do sistema. Em uma modalidade não limitativa, a turbina 64 pode compreender um primeiro bocal configurado para acelerar o primeiro meio A1 para entrada em um impulsor de turbina e um segundo bocal é configurado para acelerar o segundo meio A2 para entrada no impulsor de turbina. O impulsor de turbina (não mostrado) pode ser configurado com um primeiro trajeto de gás configurado para receber o primeiro meio A1 a partir do primeiro bocal e com um segundo trajeto de gás configurado para receber o segundo meio A2 a partir do segundo bocal.

[0042] Os dispositivos de compressão convencionais 60 incluem adicionalmente um ventilador montado na haste 68 e são associados ao circuito de ar de pressão dinâmica do sistema 20. O ventilador 70 é um dispositivo mecânico que pode forçar através de métodos de empurrar ou puxar um meio (por exemplo, ar de pressão dinâmica) através do invólucro 32 através dos trocadores de calor 34, 36 e a uma refrigeração variável para controlar temperaturas. A operação do dispositivo de compressão, especificamente a rotação da haste 68 em torno de seu eixo, opera o ventilador, que traga o ar, como o ar de pressão dinâmica, por exemplo, através do circuito de ar de pressão dinâmica 30 e descarga o ar ao mar. Na modalidade ilustrada, não limitativa, o circuito de ar de pressão dinâmica 30 e pelo menos um dispositivo de compressão 60 são montados em uma relação não linear, por exemplo, em lados opostos de um membro estrutural S de uma aeronave. Como resultado, pelo menos um ventilador 70 associado a cada dispositivo de compressão 60 e operável para extrair ar através do circuito de ar de pressão dinâmica 30 não é montado ou acionado pela haste 68 do dispositivo de compressão 60. Em vez disso, o eixo do ventilador se desloca a partir do eixo da haste. Consequentemente, os ventiladores 70 descritos neste documento são acionados por uma fonte de energia separada. Qualquer ventilador adequado 70 é contemplado neste documento, por exemplo, um ventilador elétrico ou um ventilador de turbina de ponta.

[0043] Os elementos do sistema 20 são conectados por meio de 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 ao abrir, fechar ou obstruir parcialmente várias passagens dentro dos tubos, canos, etc. do sistema. As válvulas podem ser operadas por acionadores, de modo que taxas de fluxo do meio em qualquer porção do sistema possam ser reguladas até um valor desejado. Por exemplo, um par de válvulas V1 controla se uma porção do fluxo do segundo meio A2 do trocador de calor secundário 36 ignora uma passagem pelo sistema de desumidificação 42 e a turbina 64 de acordo com um modo do sistema 20. Da mesma forma, uma segunda válvula V2 é configurada para operar para direcionar uma porção do fluxo do primeiro meio A1 do trocador de calor primário para ignorar o sistema de desumidificação 42 e os dispositivos de compressão 60.

[0044] Conforme descrito anteriormente, o sistema 20 inclui uma pluralidade de dispositivos de compressão 60 acoplados operativamente ao circuito de ar de pressão dinâmica 30 e ao sistema de desumidificação 42 em paralelo. Consequentemente, uma válvula pode ser disposta em cada local onde é proporcionado um meio a pelo menos um dispositivo de compressão. Por exemplo, na modalidade não limitativa ilustrada, uma terceira válvula V3 é disposta a montante de uma primeira entrada da turbina 64 e uma quarta válvula V4 é disposta a montante de uma segunda entrada da turbina 64. Cada uma dessas válvulas V3-V4 é operável para direcionar um fluxo de meio para uma porção (ou seja, apenas uma) ou cada um dos dispositivos de compressão 60. Em uma modalidade, o sistema 20 é configurado através da utilização destas válvulas para operar com desempenho reduzido quando apenas uma parte dos dispositivos de compressão 60 são operacionais.

[0045] Note que uma combinação de componentes e elementos do sistema 20 pode ser denominada como um sistema de condicionamento de ar ou um conjunto. O conjunto pode existir entre a entrada, o volume, a entrada, a saída e um escape do invólucro. Na modalidade não limitativa ilustrada, a configuração do sistema é considerada um conjunto de ar condicionado integrado porque o fluxo de um único circuito de ar de pressão dinâmica 30 e um único sistema de desumidificação 42 é compartilhado por cada um dos dispositivos de compressão 60.

[0046] A operação do sistema 20 será agora descrita em relação a uma aeronave. O sistema 20 pode ser referido como um sistema pneumático avançado que mistura ar fresco (por exemplo, o segundo meio A2) com ar de sangria (por exemplo, o primeiro meio A1) para produzir ar misto (por exemplo, o meio misto AM) de acordo com estas modalidades operacionais. A turbina (de entrada dupla) 64, o compressor 62 e o ventilador 70 podem receber energia de ou transmitir energia para o ar de sangria A1, para o ar de descarga da cabine A3 e o ar fresco A2.

[0047] Durante um primeiro modo de operação do sistema 20, a energia extraída do ar de sangria A1 por meio da turbina 64 é usada para alimentar o compressor 62 para comprimir o ar fresco A2. No primeiro modo de operação, a válvula 40 operável para fornecer ar de descarga de cabine para o sistema 20 é fechada. Como resultado, o ar de sangria A1 extraído de um motor ou da unidade de energia auxiliar (por exemplo, a entrada 22) passa pelo trocador de calor de saída 38 para o trocador de calor primário 34, sem transferência mínima de calor dentro do trocador de calor de fluxo de saída 38. O trocador de calor primário 34 arrefece o ar de sangria A1 até uma temperatura quase ambiente para produzir ar de sangria frio. A válvula V2 está disposta dentro de um canal, a jusante do trocador de calor primário 34. Quando a válvula V2 está em uma primeira posição, após ser arrefecida no trocador de calor primário 34, o fluxo de ar de sangria A1 é configurado para ignorar o restante do sistema 20 e é direcionado para o volume 24. Quando a válvula V2 está em uma segunda posição, o ar de sangria fresco A1 é fornecido ao complexo de desumidificação 42.

[0048] Dentro do complexo de desumidificação 42, o ar de sangria fresco A1 é primeiramente fornecido ao reaquecedor 44, onde a temperatura do ar de sangria A1 é aumentada. Do reaquecedor 44, o ar de sangria quente flui através do extrator de água 46 onde a umidade é removida para produzir um ar quente e seco. A partir do complexo de desumidificação 42, o ar de sangria quente e seco A1 é fornecido à turbina 64 de um ou ambos os dispositivos de compressão 60. Numa concretização, o ar de sangramento quente e seco entra nas turbinas 64 através de um primeiro bico, onde é expandido e o trabalho é extraído.

[0049] O trabalho extraído pela turbina 64 de um ou ambos os dispositivos de compressão 60 é usado por um compressor correspondente 62 usado para comprimir o ar fresco. A saída de ar fresco comprimido A2 do compressor 62 tem uma temperatura e pressão aumentada em relação ao ar fresco proporcionado na entrada do compressor 62.

[0050] A pressão aumentada de ar fresco do compressor 62 de pelo menos um dentre os dispositivos de compressão 60 é então fornecida ao trocador de calor secundário 36, onde é arrefecido por ar de pressão dinâmica, movido para lá através de um ou mais ventiladores 70. No interior do trocador de calor secundário 36, o ar fresco A2 pode ser arrefecido até quase a temperatura ambiente para produzir ar fresco pressurizado fresco antes de ser fornecido a uma porção a jusante do sistema 20. Uma vez que os ventiladores 70 são separados dos dispositivos de compressão 60, o ventilador é operado por outra fonte para mover o ar de pressão dinâmica através dos trocadores de calor de ar de pressão dinâmica (por exemplo, o trocador de calor primário 34 e o trocador de calor secundário 36). Em uma modalidade, os ventiladores 70 estão conectados de modo fluido à entrada de ar de sangria 22 de modo que o ar de sangria pressurizado fornecido a ele aciona a operação dos ventiladores 70.

[0051] As válvulas V1 estão dispostas a jusante do trocador de calor secundário 36 e formam as turbinas 64 a montante. Quando as válvulas V1 estão em uma primeira posição, depois de serem arrefecidas no trocador de calor secundário 36, o fluxo de ar fresco A2 é configurado para contornar uma passagem através do sistema de desumidificação e das turbinas 64. Como resultado, quando as válvulas estão na primeira posição, pelo menos uma porção da saída de ar fresco A2 do trocador de calor secundário 36 é fornecida diretamente ao condensador 48, onde é arrefecida, antes de ser direcionada para o volume 24. Quando as válvulas V1 estão em uma segunda posição, o ar fresco A2 é fornecido ao complexo de desumidificação 42.

[0052] Dentro do complexo de desumidificação 42, o ar fresco pressurizado arrefecido A2 é fornecido a um condensador 48, onde o ar fresco é arrefecido e, em seguida, a um extrator de água 50 onde é removida qualquer umidade livre no ar fresco pressurizado A2 para produzir ar fresco pressurizado seco. Este ar fresco e pressurizado seco é aquecido dentro do reaquecedor 44 antes de ser fornecido à turbina 64 de pelo menos um mecanismo de compressão 60 através de um segundo bocal. Dentro da turbina 64, o ar fresco pressurizado seco e quente A2 é expandido e o trabalho é extraído a partir do mesmo.

[0053] Os dois fluxos de ar (isto é, o ar de sangria A1 do extrator de água 46 e o ar fresco A2 do reaquecedor 44) podem ser misturados na turbina 64 para produzir um ar misturado AM. O ar misturado AM sai da turbina 64 e entra no condensador 48, onde é aquecido através de uma relação de trocador de calor com a saída de ar fresco arrefecido A2 do trocador de calor secundário 36. O ar misturado condicionado AM é então enviado para condicionar o volume 24.

[0054] O fluxo do primeiro meio A1, do segundo meio A2 e do ar de pressão dinâmica são substancialmente idênticos tanto no primeiro modo (alta altitude) como no segundo modo (baixa altitude) de operação. No entanto, durante o primeiro modo de operação, pelo menos uma válvula 40 é aberta e o ar de descarga da cabine A3 é fornecido a um trocador de calor de fluxo de saída 38 do sistema 20 do volume 24. Por exemplo, em modalidades em que apenas uma única válvula 40 é aberta, a válvula selecionada é a válvula associada ao trocador de calor de saída 38 acoplado de forma fluida ao trocador de calor primário 34. Consequentemente, no primeiro modo de operação, o arrefecimento inicial do primeiro meio A1 ocorre através da transferência de calor do ar de sangria quente A1 para o ar de descarga da cabine A3 dentro do trocador de calor de fluxo de saída 38. A operação de ambas as válvulas 40 é necessária para conduzir as turbinas 66 de cada dispositivo de compressão 60.

[0055] Conforme descrito anteriormente, o compressor 62 recebe energia do ar de sangria A1 através da turbina 64 para comprimir o ar fresco. No entanto, esta energia pode não ser suficiente para conduzir o compressor 62 em todas as condições de operação. Como resultado, a saída de ar de descarga da cabine A3 do trocador de calor de fluxo de saída 38 é fornecida à turbina de energia 66. A energia suplementar extraída do terceiro meio A3 dentro da turbina de potência 66 é utilizada para aumentar uma quantidade de ar fresco comprimida no compressor 62. A partir da turbina de energia, o ar de descarga da cabine A3 é fornecido no circuito de ar de pressão dinâmica, onde é misturado com o ar de pressão dinâmica. Com o circuito de ar de pressão dinâmica, a mistura do ar de pressão dinâmica e o ar de descarga da cabine A3 passa através do trocador de calor secundário 36 e do trocador de calor primário 34 antes de ser descarregada ao mar. Na modalidade não limitativa ilustrada, o duto 32 inclui uma pluralidade de saídas independentes 80 para expulsar um meio ao mar, pelo menos uma saída estando associada a cada dispositivo de compressão 60. Como mostrado, o duto 32 inclui uma primeira saída 80 e uma segunda saída 80 separadas umas das outras por uma distância e configuradas para expulsar um meio ao mar nos lados opostos do sistema 20.

[0056] O sistema de controle de ambiente integrado 20 descrito neste documento tem um número reduzido de componentes em comparação com os sistemas convencionais de 2 conjuntos, resultando em um benefício de custo e peso. Além disso, ao acoplar operativamente um circuito de ar de pressão dinâmica e um sistema de desumidificação a uma pluralidade de dispositivos de compressão 60, é possível montar o sistema 20 dentro de um ou mais compartimentos de uma aeronave, tal como o cone de cauda, por exemplo.

[0057] O termo "cerca de" destina-se a incluir o grau de erro associado à medida da quantidade específica com base no equipamento disponível no momento da apresentação do pedido. Por exemplo, "cerca de" pode incluir uma faixa de ± 8% ou 5% ou 2% de um valor determinado.

[0058] A terminologia usada neste documento tem a finalidade de descrever as modalidades particulares somente e não é pretendido limitar a presente divulgação. Como utilizado neste documento, as formas singulares “um”, “uma” e "alguns" estão destinadas 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.

[0059] Embora a presente invenção seja descrita com referência a uma modalidade ou modalidades exemplares, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem que haja desvio do escopo da presente divulgação. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material aos ensinamentos da presente divulgação sem se afastar de seu escopo essencial. Por conseguinte, pretende- se que a presente divulgação não seja limitada à determinada modalidade descrita como o melhor modo contemplado para a realização desta presente divulgação, mas que a presente descrição incluirá todas as modalidades que se enquadram no escopo da mesma.

Claims (12)

1. Sistema de controle de ambiente (20) para fornecimento de ar condicionado para um volume de uma aeronave, caracterizado pelo fato de compreender: um circuito de ar de pressão dinâmica (30) que inclui um invólucro de ar de pressão dinâmica (32) que tem pelo menos um trocador de calor (34, 36) posicionado no mesmo; um sistema de desumidificação (42) disposto em comunicação de fluido com o circuito de ar de pressão dinâmica (30); e pelo menos dois dispositivos de compressão (60) dispostos em paralelo, cada um disposto em comunicação de fluido com o trocador de calor (34, 36) e o invólucro de ar de pressão dinâmica (32) e o sistema de desumidificação (42), cada um dos pelo menos dois dispositivos de compressão incluindo: um compressor (62) e pelo menos uma turbina (66) operativamente acoplada por meio de uma haste (68); e um ventilador (70) operacionalmente acoplado ao circuito de ar de pressão dinâmica (30), o ventilador (70) estando localizado remotamente a partir da haste (68); e o sistema de controle de ambiente (20) compreendendo uma primeira válvula (40) e uma segunda válvula (40) e sendo configurado de modo que, em uso, processe uma pluralidade de meios recebidos dentro do sistema de controle de ambiente (20), a pluralidade de meios incluindo um primeiro meio (A1), um segundo meio (A2) e um terceiro meio (A3) em que um primeiro fluxo do terceiro meio é recebido a partir do volume da aeronave através da primeira válvula (40), e um segundo fluxo de o terceiro meio é recebido a partir do volume (24) da aeronave através da segunda válvula (40), a primeira válvula e a segunda válvula sendo operáveis independentemente, o sistema de controle de ambiente (20) compreendendo ainda uma pluralidade de trocadores de calor de fluxo de saída (38), cada um posicionado a montante do circuito de ar de pressão dinâmica (30), os trocadores de calor de fluxo de saída (38) sendo cada um configurado para transferir calor entre o terceiro meio (A3) e o primeiro meio (A1); em que o sistema de controle de ambiente (20) é configurado de modo que pelo menos um do primeiro fluxo e do segundo fluxo do terceiro meio é fornecido a partir de um da pluralidade de trocadores de calor de fluxo de saída para a pelo menos uma turbina (66) de um dos pelo menos dois dispositivos de compressão (60) e é descarregado da pelo menos uma turbina (66) de um dos pelo menos dois dispositivos de compressão (60) para o circuito de ar de pressão dinâmica (30), e que o outro do primeiro fluxo e do segundo fluxo do terceiro meio é fornecido de outro da pluralidade de trocadores de calor de fluxo de saída para pelo menos uma turbina (66) de outro dos pelo menos dois dispositivos de compressão (60) e é descarregado da pelo menos uma turbina (66) do outro dos pelo menos dois dispositivos de compressão (60) no circuito de ar de pressão dinâmica (30); e a pluralidade de trocadores de calor de fluxo de saída inclui um primeiro trocador de calor de fluxo de saída (38) e um segundo trocador de calor de fluxo de saída (38), a primeira válvula (40) sendo operável para controlar o fluxo para o primeiro trocador de calor de fluxo de saída (38) e a segunda válvula (40) sendo operável para controlar o fluxo para o segundo trocador de calor de fluxo de saída (38).

2. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos pelo menos dois dispositivos de compressão (60) está disposto de forma não linear com o circuito de ar de pressão dinâmica (30) de modo que um eixo de rotação do ventilador (70) se desloca de um eixo de rotação da haste (68).

3. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o ventilador (70) é um ventilador de turbina de ponta.

4. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que cada um dos pelo menos dois dispositivos de compressão é idêntico.

5. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos uma válvula de dispositivo de compressão operável para controlar um fluxo de um de pelo menos um da pluralidade de meios para cada um dos pelo menos dois dispositivos de compressão.

6. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o circuito de ar de pressão dinâmica (30) inclui uma pluralidade de saídas independentes (80) formadas no invólucro (32).

7. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que cada um dos pelo menos dois dispositivos de compressão (60) inclui uma turbina que possui uma primeira entrada (22) e uma segunda entrada (22) configuradas para fornecer energia pela expansão de um ou mais da pluralidade de meios.

8. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que está configurado de modo que cada um dos dispositivos de compressão recebe energia de pelo menos um do primeiro meio (A1) e do segundo meio (A2) sendo expandidos através da turbina (64), o compressor (62) sendo configurado para comprimir o segundo meio (A2).

9. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de ambiente (20) é operável em uma pluralidade de modos, e durante a operação em pelo menos um dentre a pluralidade de modos, o primeiro meio (A1) e o segundo meio (A2) são misturados dentro da turbina.

10. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de ambiente (20) é operável em uma pluralidade de modos, e durante a operação em pelo menos um dentre a pluralidade de modos, o primeiro meio (A1) e o segundo meio (A2) são misturados a jusante da turbina.

11. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o terceiro meio (A3) dos um ou mais meios é o ar de descarga de cabine fornecido a partir de uma área pressurizada da aeronave.

12. Sistema de controle de ambiente (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o circuito de ar de pressão dinâmica (30) é montado adjacente a um primeiro lado de um componente estrutural de uma aeronave e o pelo menos um dispositivo de compressão (60) é disposto adjacente a um segundo lado do componente estrutural da aeronave.