BRPI0618735A2 - arranjo para fornecer ar ambiente umidificado para uma aeronave - Google Patents
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Abstract
ARRANJO PARA FORNECER AR AMBIENTE UMIDIFICADO PARA UM AERONAVE Um arranjo para fornecer ar ambiente umidificado para uma aeronave compreende um primeiro arranjo em linhas (22); o qual leva ar de alimentação e a partir do qual o ar de alimentação é soprado para o interior de aeronave (10). Este arranjo ainda compreende um dispositivo de evaporação (32) que fornece um fluxo de vapor cuja pressão correspondente pelo menos aproximadamente a um predeterminado valor de pressão que é situado acima de uma pressão interior requerida da eronave. Um segundo arranjo em linhas (36, 38, 40), o qual se abre para dentro do primeiro arranjo em linhas (22), que transporta o fluxo de vapor. Disposto no segundo arranjo em linhas (36, 38, 40) está um arranjo de abertura (52) opcionalmente ajustável para abaixar a pressão do fluxo de vapor.
Description
"ARRANJO PARA FORNECER AR AMBIENTE UMIDIFICADO PARA UMA AERONAVE"
A invenção refere-se a um arranjo para fornecer ar ambiente umidificado para uma aeronave.
Em moderna aeronave de passageiros e de carga é costumeiro instalar um sistema de umidificação, por meio do qual a umidade relativa do ar ambiente no interior da aeronave pode ser elevada para valores de, por exemplo, 20 a 30% ou até mesmo mais altos. A umidade atmosférica relativa no interior da aeronave é um parâmetro importante para o bem estar dos passageiros e tripulação. Se o ar interno estiver demasiadamente seco, as pessoas a bordo podem, por exemplo, desenvolver membranas mucosas secas e irritação dos olhos. Todavia, particularmente em elevadas altitudes, o ar externo não contém suficiente umidade para a umidade atmosférica relativa requerida para condições de ambiente agradável, a serem providas ao interior da aeronave, sem umidificação forçada. Dependendo do número de pessoas a bordo, a temperatura ambiente e a configuração do interior da aeronave, na ausência de umidificação forçada, a umidade atmosférica relativa a bordo é normalmente acentuadamente abaixo de 20%, com freqüência até mesmo abaixo de 10%.
Da US 6.099.404 é conhecido um sistema de umidificação para aeronave, o qual compreende um evaporador, em que água é evaporada por meio de um trocador de calor. O trocador de calor é suprido com ar quente, que é removido a partir de um circuito principal de ar quente de um sistema de condicionamento de ar para o controle de temperatura da cabine da aeronave. O ar quente passa através do trocador de calor e então se mistura com o vapor resultante. O fluxo de vapor então produzido é alimentado de volta no sistema de condicionamento de ar. Na cabine da aeronave, um equipamento sensor apropriado mede a temperatura ambiente, a umidade atmosférica relativa e a pressão de ar. A partir desses valores medidos, uma unidade de controle eletrônica determina a temperatura de ponto de orvalho para a cabine e controla uma válvula de fluxo, a qual determina a taxa de fluxo do ar quente para o evaporador, em uma tal maneira que a temperatura de ponto de orvalho da cabine permanece substancialmente constante em um valor definido.
O objetivo da invenção é prover um sistema de umidificação para o ar interno de uma aeronave, o qual é simples e inflexivelmente ainda opera com adequada precisão.
Para atingir este objetivo, de acordo com a invenção, um arranjo para fornecer ar ambiente umidificado para uma aeronave é provido, compreendendo
- um primeiro arranjo em linhas, que leva ar de alimentação e a partir do qual o ar de alimentação é soprado para o interior de aeronave,
- um dispositivo de evaporação, que fornece um fluxo de vapor cuja pressão corresponde pelo menos aproximadamente a um predeterminado valor de pressão que é situado acima de uma pressão interior requerida da aeronave,
- um segundo arranjo em linhas, que transporta o fluxo de vapor e que se abre para dentro do primeiro arranjo em linhas, e
- um arranjo de abertura, em particular ajustável, disposto no segundo arranjo em linhas para abaixar a pressão do fluxo de vapor.
A solução de acordo com a invenção permite a efetiva umidificação do ar ambiente na aeronave, em que a definida pressão do fluxo de vapor e do arranjo de abertura permite uma quantidade de vapor suficientemente dosada precisamente e/ou uma quantidade suficientemente dosada precisamente de uma mistura de vapor-ar a ser introduzida ao interior. Equipamento sensor caro para medir a temperatura ambiente, umidade atmosférica relativa e pressão de ar no interior é dispensável com a solução de acordo com a invenção. Em uma forma de construção preferida, o primeiro arranjo em linhas compreende uma ramificação em linha de ar de alimentação, associado com cada uma de uma pluralidade de zonas interiores da aeronave, de temperatura controlável individualmente, e o segundo arranjo em linhas compreende uma pluralidade de ramificações em linha de fluxo de vapor, que se abre, cada, para dentro de uma das ramificações em linha de ar de alimentação, e são supridos a partir de uma linha de coleta de fluxo de vapor em comum que transporta o fluxo de vapor gerado a partir dos meios de evaporação. O arranjo de abertura, em dito caso, compreende uma abertura, em particular individualmente ajustável, em cada uma das ramificações em linha de fluxo de vapor. Nesta forma de construção, por meio das várias aberturas, uma capacidade de ajuste individual da quantidade de umidade introduzida em cada uma das zonas interiores é provida.
O dispositivo de evaporação pode compreender um arranjo de trocador de calor suprido com ar quente para a evaporação de água contida em um tanque de evaporação. Em particular, o dispositivo de evaporação para gerar o fluxo de vapor pode misturar o vapor resultante com pelo menos algum do ar quente. O ar quente pode ser desviado a partir de um circuito de ar quente já existente da aeronave. Em particular, é concebível que este ar quente desviado já seja disponível em uma pressão substancialmente constante que corresponde aproximadamente à predeterminada pressão do fluxo de vapor. É, todavia, também concebível que o dispositivo de evaporação propriamente dito forneça o ar quente em que ele aquece ar frio por meio de um dispositivo de aquecimento elétrico e ao mesmo tempo garante uma definida pressão requerida do ar assim aquecido.
Em uma forma de construção alternativa, o dispositivo de evaporação compreende meios de aquecimento elétrico para o aquecimento direto e levar à evaporação de água contida em um tanque de evaporação. Nesta forma de construção, a água é aquecida até que uma pressão requerida do vapor no tanque de evaporação seja atingida. Para manter a pressão de vapor constante, uma regulação da temperatura da água é concebível.
A invenção é descrita em detalhe abaixo com referência ao único desenho acompanhante. A figura 1 mostrada no mesmo representa esquematicamente uma forma de concretização de um arranjo de acordo com a invenção para fornecer ar ambiente umidificado para uma aeronave.
Nesta figura, 10 denota uma cabine de aeronave que é subdividida em uma pluralidade de (no exemplo ilustrado, cinco) zonas de cabine 12, 14, 16, 18, 20. Cada uma destas zonas de cabine tem ar individualmente condicionado, em que ar de alimentação com temperatura apropriadamente controlada é levado e soprado para o interior de cada zona de ar condicionado por meio de uma respectiva ramificação em linha de ar de alimentação 22. É auto-evidente que o ar de alimentação levado ao longo de uma ramificação em linha de ar de alimentação 22 pode ser soprado para o interior da relevante zona de ar condicionado através de uma pluralidade de bocais de injeção, embora isto não esteja representado na figura 1. A temperatura do ar de alimentação a ser injetado é medida em cada ramificação em linha de ar de alimentação 22 por meio de um sensor de temperatura 24, que fornece seu valor medido através de uma linha de sinal elétrico 26 para uma unidade de controle eletrônica 28. Na dependência das temperaturas de ar de injeção medidas, e, opcionalmente dependência de outras quantidades medidas, a unidade de controle 28, em uma maneira como tal conhecida, regula a temperatura do ar de alimentação levado por meio da ramificação em linha de ar de alimentação 22 em uma tal maneira que nas zonas de cabine 12- uma temperatura de ponto de ajuste do ar ambiente aparece, a qual pode ser individualmente definida para cada zona de ar condicionado.
Para umidificação forçada do ar de alimentação injetado nas zonas de cabine 12-20, um sistema de umidificação geralmente denotado por é usado, compreendendo um evaporador 32, o qual evapora água alimentada ao mesmo a partir de um tanque de água 34 e gera um fluxo de vapor, o qual é transportado para longe ao longo de uma linha de coleta de fluxo de vapor 36 que emana do evaporador 32. A linha de coleta de fluxo de vapor 36 é conectada com um distribuidor 38, a partir do qual emanam ramificações em linha de fluxo de vapor 40 que são individualmente associados com pelo menos algumas das zonas de cabine 12-20. No exemplo ilustrado, um total de quatro ramificações em linha de fluxo de vapor 40 é provido, as ramificações sendo associadas com as zonas de cabine 12, 14, 16, 18. Cada ramificação em linha de fluxo de vapor se abre para dentro da ramificação em linha de ar de alimentação 22, associada com a relevante zona de cabine em um ponto que está situado a montante do sensor de temperatura 24 que mede a temperatura de ar de injeção na respectiva ramificação em linha de ar de alimentação. Através das ramificações em linha de fluxo de vapor 40, o ar de alimentação levado nas ramificações em linha de ar de alimentação 22 é enriquecido com umidade adicional, resultando assim em um correspondente acréscimo da umidade relativa nas relevantes zonas de cabine. É auto-evidente que tal umidificação forçada pode ser provida para todas as zonas de cabine. Neste caso, existiria também uma outra ramificação em linha de fluxo de vapor 40 que emana a partir do distribuidor 38 e abrindo-se para dentro da ramificação em linha de ar de alimentação, associado com a zona de cabine 20.
Instalada em uma linha de entrada 42 que conecta o tanque de água 34 com o evaporador 32 está uma válvula 44, a qual é controlável por meio da unidade de controle eletrônica 28 e por meio da qual o fornecimento de água para o evaporador 32 é controlável. Uma linha de saída 46, na qual uma outra válvula 48 é instalada, permite uma controlada descarga de água a partir do evaporador 32. A válvula 48 é também controlável por meio da unidade de controle eletrônica 28. Um sensor de nível 50 mede o nível da água no evaporador 32 e fornece um correspondente valor medido para a unidade de controle eletrônica 28. Na dependência da altura de enchimento medida, a unidade de controle 28 controla a válvula de alimentação de água 44.
O evaporador 32 fornece o fluxo de vapor gerado ao longo da linha de coleta 36 aproximadamente em uma predeterminada pressão, a qual está situada acima de uma desejada pressão interior na cabine 10 e/ou nas zonas de cabine individuais 12-20. Por exemplo, o evaporador 32 pode gerar o fluxo de vapor aproximadamente em uma pressão de 1000 mbar. Uma abertura 52 instalada em cada uma das ramificações em linha de fluxo de vapor 40 efetua uma redução de pressão do nível de pressão mais alto que reina ao longo da linha de coleta 36 até um menor nível de pressão, em que as aberturas 52 permitem um ajuste individual da redução de pressão para cada uma das ramificações em linha de fluxo de vapor 40. Assim, para cada uma das zonas de cabine 12-18 onde umidificação forçada deve ocorrer, é possível individualmente ajustar a quantidade de umidade introduzida em cada caso. Preferivelmente, as aberturas 52 efetuam uma redução de pressão para um nível que corresponde aproximadamente à pressão interna de cabine, desejada na relevante zona de cabine. Para vôos em maior altitude, a desejada pressão de cabine é, por exemplo, geralmente ligeiramente abaixo da pressão atmosférica, por exemplo, aproximadamente 750 mbar. As aberturas 52, as quais podem ter um diâmetro de abertura não ajustável ou podem tomar a forma de gargantas ou válvulas ajustáveis, podem então, na dependência de um desejado teor de umidade nas zonas de cabine 12-18, originar uma redução de pressão para, por exemplo, igualmente aproximadamente 750 mbar ou para valores ligeiramente acima daqueles, por exemplo, 800 mbar.
Embora seja fundamentalmente concebível que as aberturas 52 sejam ajustáveis e sejam capazes de ajuste por meio da unidade de controle eletrônica 28 enquanto a aeronave está em vôo, em uma forma de construção preferida é provido que, antes do início de uma rotina de vôo, as aberturas 52 são calibradas e então não mais alteradas. Em uma fase de calibração é possível, por exemplo, no curso de sucessivos testes, estabelecer qual tamanho de abertura é necessário para atingir uma desejada umidade relativa na específica zona de cabine.
O evaporador 32 pode, por exemplo, ser de uma configuração tal como é revelada na US é 6.099.404 para o componente denotado por 1 nas suas figuras. O evaporador 32 pode, por conseguinte, conter um trocador de calor, o qual é suprido com ar quente, cuja energia térmica é utilizada para evaporar a água contida no evaporador 32. O ar quente é introduzido na região inferior do evaporador 32 através de uma linha de alimentação de ar quente 54, fluir através do trocador de calor e se misturar na região superior do evaporador 32 com o vapor resultante, de modo que o fluxo de vapor transportado na linha de coleta 36 é uma mistura de vapor-ar. Na linha de alimentação de ar quente 54, uma válvula de fluxo 56 pode ser instalada, por meio da qual o fluxo de ar quente para dentro do evaporador 32 é controlável. O controle desta válvula de fluxo 56 pode ser efetuado igualmente por meio da unidade de controle eletrônica 28.
O ar quente disponível ao longo da linha de alimentação de ar quente 54 pode ser desviado de um circuito de ar quente da aeronave, que existe independentemente do sistema de umidificação 30. Neste caso, ele pode ser, por exemplo, ar de extração do motor, ar de regulação da temperatura da cabine ou ar recirculado. Os convencionais sistemas de condicionamento de ar para aeronave, incluindo aqueles sem umidificação forçada, transportam um ou mais destes tipos de ar em seu circuito de ar quente.
Pode até mesmo ocorrer que o existente circuito de ar quente da aeronave forneça ar quente em uma pressão apropriada para o sistema de umidificação, isto é, por exemplo, uma pressão de aproximadamente 1000 mbar. Neste caso, é possível dispensar regulação de pressão separada do ar quente disponível como parte da funcionalidade do sistema de umidificação 30. Caso ar quente seja disponível em uma pressão suficientemente alta, a qual está, todavia, significantemente acima da pressão desejada na linha de coleta 36, é também concebível abaixar o ar quente suprido para a pressão desejada por meio de um apropriado órgão de redução de pressão e introduzir o ar quente assim reduzido em pressão no evaporador 32. O órgão de redução de pressão pode ser uma convencional válvula de alívio de pressão. A válvula de fluxo 56 mostrada na figura 1 pode, se necessário, ser também ser usada para a finalidade de redução da pressão do ar quente suprido.
É também concebível prover meios de medição de pressão, os quais medem a pressão do ar quente suprido ou/e a pressão na linha de coleta 36, em que a unidade de controle eletrônica 28, na dependência da pressão medida, controla um elemento de controle de pressão disposto na linha de alimentação de ar quente 54, por exemplo, na forma da válvula 56, em uma tal maneira que a pressão medida corresponde a uma desejada pressão de ponto de ajuste.
Como uma modificação para a utilização de ar quente já existente da aeronave, é concebível que o sistema de umidificação 30 compreenda meios de aquecimento elétrico (não representados em detalhe) a fim de produzir o ar quente necessário para evaporação da água por meio de aquecimento de ar frio. O aquecimento do ar frio pode ocorrer, por exemplo, em uma câmara de aquecimento separada, a qual é conectada por meio da linha de alimentação de ar quente 54 com o evaporador 32. Alternativamente, os meios de aquecimento podem ser dispostos ao longo da linha de alimentação 54, de modo que ar frio transportado na linha 54 é aquecido em
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seu caminho para o evaporador 32. E igualmente possível que o ar frio seja aquecido somente no evaporador 32, no espaço de aquecimento provido no mesmo. Por meio de uma válvula de pressão ou um circuito de regulação de pressão que conduz através da unidade de controle 28, a pressão do ar introduzido no trocador de calor do evaporador 32 pode igualmente ser ajustada em uma tal maneira que a desejada definida pressão acima da pressão de cabine requerida reina na linha de coleta 36.
E até mesmo concebível dispensar um trocador de calor e o uso de ar quente e, em lugar disto, aquecer a água no evaporador 32 por apropriados meios de aquecimento elétrico. Em uma forma de construção, o vapor resultante não é misturado com ar quente. O fluxo de vapor na linha de coleta 36, por conseguinte, compreende substancialmente exclusivamente vapor d'água. Também aqui, por meio de um arranjo de válvula de alívio de pressão ou um circuito de regulação de pressão, pode ser garantido que o vapor d'água na linha de coleta 36 tenha uma desejada alta pressão de, por exemplo, aproximadamente 1000 mbar.
Claims (4)
1. Arranjo para fornecer ar ambiente umidifícado para uma aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende: - um primeiro arranjo em linhas (22), que leva ar de alimentação e a partir do qual o ar de alimentação é soprado para o interior de aeronave (10), - um dispositivo de evaporação (32), que fornece um fluxo de vapor, cuja pressão corresponde pelo menos aproximadamente a um predeterminado valor de pressão que é situado acima de uma pressão interior requerida da aeronave, - um segundo arranjo em linhas (36, 38, 40), que transporta o fluxo de vapor e que se abre para dentro do primeiro arranjo em linhas (22), e - um arranjo de abertura (52), em particular ajustável, disposto no segundo arranjo em linhas (36, 38, 40) para abaixar a pressão do fluxo de vapor, em que o primeiro arranjo em linhas (22) compreende uma ramificação em linha de ar de alimentação (22), associado com cada de uma pluralidade de zonas interiores com ar individualmente condicionado (12-18) da aeronave, que o segundo arranjo em linhas (36, 38, 40) compreende uma pluralidade de ramificações em linha de fluxo de vapor (40), que se abrem, cada, para dentro de uma das ramificações em linha de ar de alimentação (22) e são supridos a partir de uma linha de coleta de fluxo de vapor em comum (36) que transporta o fluxo de vapor gerado a partir dos meios de evaporação, e que o arranjo de abertura compreende uma abertura (52), em particular individualmente ajustável, em cada uma das ramificações em linha de fluxo de vapor (40).
2. Arranjo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de evaporação (32) compreende um arranjo de trocador de calor, suprido com ar quente para a evaporação de água contida em um tanque de evaporação.
3. Arranjo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de evaporação (32) para gerar as misturas de fluxo de vapor de vapor de água gerado com pelo menos algum do ar quente.
4. Arranjo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de evaporação (32) compreende meios de aquecimento elétrico para o aquecimento e levar à evaporação de água contida em um tanque de evaporação.
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