BRPI0706071A2 - arranjo de condicionamento de ar para uma aeronave - Google Patents
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Abstract
ARRANJO DE CONDICIONAMENTO DE AR PARA UMA AERONAVE. Um arranjo de condicionamento de ar (22) para uma aeronave (10) ou outras premissas com uma pluralidade de zonas de clima (12 a 20) que podem ter a temperatura individualmente controlada, compreende um sistema de ramificação principal (26) compreendendo um sistema de percurso de alimentação de suprimento (24) com uma câmara de mistura (28) e uma pluralidade de sistemas de sub-ramificação (30) que se ramificam da câmara de mistura e que conduzem para uma das zonas de clima em cada caso. Meios de controle de temperatura individuais (36, 38, 40, 42) são usados por outro lado para individualmente controlar a temperatura do suprimento de ar em cada dos sistemas de sub-ramificação (30) como uma função de um desejado valor de temperatura da respectiva zona de clima. De acordo com a invenção os meios de controle de temperatura individuais, em alocação com pelo menos uma (20) das zonas de clima, compreendem pelo menos um motor combinado de calor e energia (42) operando de acordo com um processo cíclico termodinâmico, em particular um motor Stirling.
Description
"ARRANJO DE CONDICIONAMENTO DE AR PARA UMAAERONAVE"
A invenção refere-se em particular ao condicionamento de arde interiores de aeronave, mas pode também ser transferida para ocondicionamento de ar de quaisquer outras premissas desejadas por si.
Em moderna aeronave comercial, o interior de aeronave éusualmente dividido em uma pluralidade de zonas de clima, que podem, cada,ter temperatura controlada separadamente e individualmente. Não somente é,assim, possível manter a temperatura em uma específica região interior maisconstante, porque o controle de temperatura de uma menor região espacial ésempre mais fácil que o controle de temperatura de uma maior regiãoespacial, é também assim possível ajustar diferentes temperaturas emdiferentes regiões espaciais, então as expectativas correlacionadas com oconforto da tripulação da cabine e/ou dos passageiros podem serindividualmente satisfeitas nas zonas de clima individuais.
Conjuntos estabelecidos de condicionamento de arcompreendem um sistema de percurso de alimentação de suprimento com umsistema de ramificação principal compreendendo uma câmara de mistura, euma pluralidade de sistemas de sub-ramificação que se ramificam a partir dacâmara de mistura e que conduzem para uma das zonas de clima em cadacaso. Uma ou mais zona(s) de condicionamento de ar (freqüentementetambém chamadas de pacotes de clima pelos expertos) que provêm o controlede temperatura básico são arranjadas no sistema de ramificação principal, pormeio do qual um suprimento de ar quente procurado (que se origina do ar desangria) é resfriado e ajustado para um específico valor de temperatura básico.De acordo com um procedimento conhecido da técnica anterior, este valor detemperatura básico é determinado como uma função das exigências detemperatura em todas as zonas de clima, em que a exigência de temperaturamais baixa (mais fria) é decisiva e as unidades de condicionamento de arajustam o suprimento de ar para um nível de temperatura básico de forma quea temperatura desejada é imediatamente estabelecida na zona de clima com aexigência de temperatura mais baixa sem visado controle de temperaturaindividual do suprimento de ar basicamente moderado por meio das unidadesde condicionamento de ar sendo requeridas para esta finalidade.
No final do sistema de ramificação principal está situada acâmara de mistura a partir da qual os sistemas de sub-ramificação saem. Aszonas de clima com uma exigência de temperatura mais alta que aquela que édecisiva para o controle de temperatura básico do suprimento de ar, então,somente requerem aquecimento individual do ar transportado nos relevantessistemas de sub-ramificação, e, mais precisamente, como uma função dorespectivo valor desejado da temperatura de ar de suprimento da zona declima relevante. Este aquecimento é convencionalmente provido por meio davisada introdução de ar sangrado quente no sistema de sub-ramificação ou/epor meio de unidades de aquecimento elétricas.
A exigência de temperatura da zona de clima depende dadiferença entre temperatura ambiente medida na zona de clima e o desejadovalor da temperatura ambiente. Se a medição de temperatura em uma zona declima indicar erroneamente uma temperatura ambiente atual excessivamentealta, para a relevante zona de clima isto (erroneamente) significa umaexigência de temperatura excessivamente baixa. Se uma exigência detemperatura mais alta for detectada para todas outras zonas de clima, entãoisto significa que a zona de clima com a temperatura ambiente incorretamentemedida determina o controle de temperatura básico do suprimento de ar nacâmara de mistura. Erros na medição de temperatura podem ocorrer emqualquer zona de clima, independentemente do tamanho da zona. Se, todavia,este tipo de medição incorreta ocorrer em uma zona de climacomparativamente pequena ou/e insignificante, por exemplo, um banheiropara um tripulante da cabine, então isto significa que a exigência detemperatura de uma parte muito pequena de toda a região interior da aeronavea ter o ar condicionado determina o controle de temperatura básico dosuprimento de ar na câmara de mistura e a maioria da parte remanescenterequer aquecimento individual do suprimento de ar nos correspondentessistemas de sub-ramificação. Compreensivelmente, isto não é muitoeconômico. A exigência de alto aquecimento das zonas de climaremanescentes pode também exceder a capacidade de aquecimento das fontesde calor disponíveis, com o resultado potencial de o ar ser suprido em umatemperatura excessivamente baixa para as zonas de clima que sãoconsideradas importantes, tais como em uma seção de primeira classe.
O objetivo da invenção é revelar um método de como ocondicionamento de ar de um interior de multi-zonas, em particular de umaaeronave, pode ser configurado de forma a ser econômico como um todo ecomo fontes de calor disponíveis para controle de temperatura individual dosuprimento de ar podem ser mantidas mais eficientemente dentro do escopode sua capacidade de aquecimento.
Quando atinge a solução para este objetivo, a invenção partede um arranjo de condicionamento de ar para uma aeronave ou outraspremissas, com uma pluralidade de zonas de clima que podem ter atemperatura individualmente controlada, compreendendo um sistema depercurso de alimentação de suprimento com uma câmara de mistura e.umapluralidade de sistemas de sub-ramificação que se ramificam a partir dacâmara de mistura e que conduzem para uma das zonas de clima em cadacaso,
- meios de controle de temperatura básica para controlar atemperatura do suprimento de ar na câmara de mistura como uma função depelo menos um desejado valor de temperatura,
- meios de controle de temperatura individuais paraindividualmente controlar a temperatura do suprimento de ar em cada dossistemas de sub-ramificação como uma função de um desejado valor detemperatura da respectiva zona de clima.
De acordo com a invenção, é provido que os meios de controlede temperatura individuais, em alocação com pelo menos uma das zonas declima, compreendam pelo menos um motor combinado de calor e energiaoperando de acordo com um processo cíclico termodinâmico. O motorcombinado de calor e energia é um motor que converte a energia mecânicasuprida em energia térmica. Dentro do contexto do processo cíclicotermodinâmico, motor produz ou intensifica uma diferença de temperaturaentre duas superfícies de troca de calor, das quais uma pode ser usada comouma superfície de troca de calor útil para controlar a temperatura de um fluxode ar e das quais a outra pode servir como uma superfície de troca de calorlivre, através da qual energia térmica é absorvida a partir dascircunvizinhanças ou pode ser liberada para elas. De acordo com umdesenvolvimento preferido, o motor combinado de calor e energia é um motorde Stirling. O processo cíclico de Stirling ideal com duas alterações isocóricoe isotérmicas de estado se aproxima muito estreitamente do processo cíclicode Carnot, por cuja razão seu grau de eficiência que pode ser atingido écomparativamente alto. É entendido que um motor de Stirling prático nãoexecuta um processo de Stirling ideal, mas somente uma aproximação que épraticável sob condições de realidade. Motores de Stirling sãocomercialmente obteníveis como tais. Eles são descritos na técnica anteriorpara uso motor e para uso como bombas de calor ou bombas de frio.
A limitação para motores de Stirling não é pretendida dentrodo escopo da invenção, todavia. Basicamente, motores combinados de calor eenergia que operam de acordo com outros processos cíclicos termodinâmicosreversíveis, por exemplo, o processo de Carnot, o processo de Claudius-Rankine ou processo de Ericsson, podem, em princípio, também ser usados.
Motores combinados de calor e energia, tais como o motor deStirling em particular, tornam possível refrigerar um fluxo de ar em adição aoaquecimento do mesmo. Para o controle de temperatura básico do suprimentode ar, esta propriedade permite que a exigência de temperatura de zonas declima individuais, em particular comparativamente pequenas, seja ignorada e,assim, a temperatura básica do suprimento de ar a ser ajustada em um nívelque potencialmente está situado acima do nível de temperatura requerido paraas zonas de clima não consideradas. Por meio da alocação de pelo menos umrespectivo motor combinado de calor e energia com o sistema de sub-ramificação de cada zona de clima não considerada, o suprimento de ar podeser refrigerado ou aquecido nesses sistemas de sub-ramificação embaixo ouacima do nível básico, quando requerido. As zonas de clima consideradaspara determinar a temperatura básica requerida do suprimento de ar podemtambém ser restritas para aquelas que são de principal importância, porexemplo, graças à sua extensão e/ou uso. Em particular, por exemplo, a regiãode cabine de pilotagem e aquelas regiões de cabine em que os passageirospermanecem podem ser consideradas. Uma limitação deste tipo para zonas declima de prioridade torna possível gear controle de temperatura básica dosuprimento de ar mais eficientemente em direção às exigências detemperatura das regiões decisivas do interior da aeronave. A operação doarranjo de condicionamento de ar pode, assim, ser projetado de forma maiseconômica como um todo, uma vez que a situação pode ser evitada, onde umaexigência de temperatura muito baixa (possivelmente com base em um erro)de uma zona de clima comparativamente não importante conduz a um nívelbásico da temperatura de suprimento de ar que é sobretudo relativamentebaixo, com o resultado de que o suprimento de ar também tem que serdesnecessariamente individualmente aquecido por uma grande proporção dasregiões interiores que devem ter o ar condicionado. A sobretaxação das fontesde calor disponível pode ser assim melhor evitada.
Uma vantagem dos motores combinados de calor e energia,que operam reversivelmente, considerados aqui, é que eles podem ser demanutenção marcantemente baixa, uma vez que o que é envolvido é umsistema fechado no qual nenhum processo de combustão tem lugar. Seudesenvolvimento de ruído é também baixo e eles apresentam vibraçãosuficientemente baixa.
Para se poder opcionalmente usar o motor combinado de calore energia para resfriar ou aquecer, uma forma de concretização preferida dainvenção provê que o motor esteja em conexão de acionamento ou pode sercolocado em conexão de acionamento com um motor de acionamentoconfigurado para operação em direções de rotação opostas e que é controladopor meio de um arranjo de controle preparado para reverter a direção derotação do motor de acionamento. O motor combinado de calor e energia comuma superfície de troca de calor útil é arranjado em um sistema de condutosde ar que, em direções de fluxo opostas, permite um fluxo de ar de moderaçãoatravés da superfície de troca de calor útil em direção ao sistema de sub-ramifícação da zona de clima relevante. Dentro do escopo da invenção, aintenção é obviamente basicamente não excluir o uso do motor combinado decalor e energia para exclusivamente refrigerar ou para exclusivamenteaquecer um fluxo de ar a ser introduzido em um sistema de sub-ramifícação.Neste caso, é suficiente arranjar a superfície de troca de calor útil do motorcombinado de calor e energia em um sistema de condutos de ar o qual permiteque somente uma direção de fluxo do fluxo de ar seja moderada através destasuperfície de troca de calor. O arranjo de controle não tem que serconfigurado para poder reverter a direção de rotação do motor deacionamento, também neste caso.
O motor combinado de calor e energia é convenientementeassociado com o arranjo de ventoinha que gera ou reforça um fluxo de ar demoderação transportado através de uma superfície de troca de calor útil domotor e que é para ser introduzido no associado sistema de sub-ramifícaçãoda zona de clima relevante. O arranjo de válvula pode, na direção de fluxo dofluxo de ar de moderação, em qualquer lado do motor combinado de calor eenergia, compreender pelo menos uma respectiva ventoinha.
Alternativamente, pode também existir uma ventoinha provida na direção defluxo do fluxo de ar de moderação em somente um lado do motor combinadode calor e energia.
Para uso do motor combinado de calor e energia tanto parafinalidade de refrigeração quanto de aquecimento, é preferivelmente providoque pelo menos uma ventoinha do arranjo de ventoinha esteja em conexão deacionamento ou possa ser colocado em conexão de acionamento com ummotor de acionamento configurado para operação em direções de rotaçãoopostas e que é controlado por meio de um arranjo de controle preparado parareverter a direção de rotação do motor de acionamento. O fluxo de ar demoderação, transportado através da superfície de troca de calor útil do motorcombinado de calor e energia e que é introduzido no sistema de sub-ramificação da zona de clima para elevação ou abaixamento individual datemperatura do suprimento de ar, pode ser diretamente alimentado a partir dosuprimento de ar transportado neste sistema de sub-ramificação. Em umaforma de concretização modificada, o fluxo de ar de moderação, ou pelomenos a energia térmica do mesmo, é tomada de uma região de ar de saída daaeronave, por outro lado. Neste caso, a região de ar de saída é tomada parasignificar uma região dentro da aeronave em que o ar não é mais requeridopara condicionamento de ar. Em moderna aeronave comercial, posicionadaembaixo da cabine que acomoda os passageiros e da tripulação, que requeremar, uma região de piso inferior em que, dentre outras, é usada para acomodarcarga, em que, o que é conhecido como porão, é situado embaixo da região depiso inferior. Em aeronave comercial deste tipo, o suprimento de ar éconvencionalmente introduzido para dentro da cabine a partir de cima. Elelateralmente passa a parede de fuselagem da cabine para a região de pisoinferior e daí para dentro do porão. O fluxo de ar transportado por meio domotor combinado de calor e energia pode, por exemplo, ser tomado a partirdo ar que sai para dentro do porão.Em uma forma de concretização da invenção, o meio decontrole de temperatura individual compreende pelo menos um respectivomotor combinado de calor e energia somente em alocação com um númeroparcial das zonas de clima. Em particular, um respectivo motor combinado decalor e energia é somente alocado àquelas zonas de clima, das quais aexigência de temperatura não é considerada no caso de controle detemperatura básico do suprimento de ar. O meio de controle de temperaturabásico pode, por conseguinte, ser preparado para controlar a temperatura dosuprimento de ar na câmara de mistura como uma função de um desejadovalor de temperatura de pelo menos uma, em particular cada, zona de clima,sem associado motor combinado de calor e energia, emboraindependentemente de um desejado valor de temperatura de pelo menos uma,em particular cada, zona de clima com associado motor combinado de calor eenergia. Nas zonas de clima sem associados motores combinados de calor eenergia, o suprimento de ar transportado nos respectivos sistemas de sub-ramificação pode ser individualmente controlado em temperatura, como natécnica anterior, por exemplo, por meio de unidades de aquecimento elétricoou/e por meio da introdução de ar quente sangrado.
A invenção será descrita em mais detalhe daqui por diante,com referência aos desenhos esquemáticos acompanhantes, nos quais:
a figura 1 mostra uma visão global de um arranjo decondicionamento de ar de aeronave de acordo com uma forma deconcretização da invenção,
a figura 2 mostra uma primeira variante ajustada de um motorcombinado de calor e energia do arranjo de condicionamento de ar de a figural,ea figura 3 mostra uma segunda variante ajustada de um motorcombinado de calor e energia deste tipo.
Na figura 1, uma pluralidade de zonas de clima 12, 14, 16, 18,20 que podem ter a temperatura individualmente controlada é formada nointerior de uma aeronave 10, altamente esquematizada. Um total de cinco detais zonas de clima é formado no exemplo da figura 1. A zona de clima 12compreende a cabine de pilotagem da aeronave, enquanto zonas de clima 14,16, 18 contêm várias regiões de passageiros da cabine de aeronave. A zona declima 20 é uma região de cabine que é usada somente para permanênciatemporária de pessoas, em particular um banheiro para a tripulação de cabine.
E entendido que esta útil divisão das várias zonas de clima é somenteexemplificativa e a diferente configuração das zonas de clima pode serselecionada a qualquer tempo. E também entendido que o arranjo esboçadodas zonas de clima na figura 1 é baseado somente em uma representaçãoesquemática e não é necessariamente verdadeiro na realidade. Um arranjo decondicionamento de ar 22, o qual abastece as zonas de clima com umsuprimento de ar com temperatura controlada através de um sistema depercurso de alimentação de suprimento 24, é usado para condicionamento dear das zonas de clima 12 a 20. O sistema de percurso de alimentação 24compreende um sistema de ramificação principal 26 com uma câmara demistura 28 e uma pluralidade de sistemas de sub-ramificação 30 que seramificam a partir da câmara de mistura 28 e, cada, associado com uma daszonas de clima 12 a 20. Cada um dos sistemas de sub-ramificação 30 guia ofornecimento de ar fresco transportado no mesmo para uma ou mais saída(s)de ar, em que o suprimento de ar é soprado para dentro da zona de climarelevante. O ar consumido é transportado, em uma maneira não mostrada,para dentro de um porão formado na região de fuselagem inferior daaeronave, e daí é liberado pelo menos parcialmente através de uma válvula desaída para espaços externos. Uma porção do suprimento de ar consumidopode também ser recirculada e transportada de volta para dentro da câmara demistura 28.
O arranjo de condicionamento de ar 22 compreende uma partebásica de controle de temperatura, a qual realiza o controle de temperaturabásico de pelo menos o suprimento de ar na câmara de mistura 28, de modoque suprimento de ar na câmara de mistura 28 tem um específico nível detemperatura básico. A parte básica de controle de temperatura em particularcompreende um ou mais unidade(s) de condicionamento de ar 32, as quaisrefrigeram o ar quente que se origina do ar sangrado e suprido através dosistema de ramificação principal 26, para o desejado nível de temperaturabásico. É entendido que entre o ponto no qual o ar sangrado a partir do(s)motor(s) da aeronave 10 é removido e das unidades de condicionamento de ar32 em um número de componentes (não mostrados) para o controle de fluxopassante através ou/e pré-moderação ou/e umidificação pode ser arranjado nosistema de ramificação principal 26.
As unidades de condicionamento de ar 32 são controladas pormeio de um arranjo de controle de clima eletrônico 34, mostradoesquematicamente como um único bloco na figura 1, como uma função dasexigências de temperatura de pelo menos uma porção das zonas de clima 12 a20. Em particular, o arranjo de controle de clima 34 controla as unidades decondicionamento de ar 32 como uma função das exigências de temperaturadas zonas de clima 12, 14, 16, 18, mas independentemente de uma exigênciade temperatura da zona de clima 20.
Um de mais sensor(es) de temperatura, em cada caso, sãoprovidos em uma maneira conhecida por si, e, por conseguinte, não mostrada,em cada zona de clima, para determinar as exigências de temperatura daszonas de clima 12 a 20. Os sinais de medição dos sensores são avaliados pormeio do arranjo de controle de clima 34 para determinar um valor atual detemperatura ambiente para cada zona de clima. Em uma maneira que tambémnão é mostrada, um valor desejado para a temperatura ambiente pode tambémser estipulado para cada das zonas de clima 12 a 20, por exemplo, no painelde controle na cabine de pilotagem ou na região de passageiro da aeronave 10.
O tripulante de cabine pode individualmente ajustar um desejado valor para atemperatura ambiente respectivamente desejada para cada zona de clima emum painel de controle deste tipo. O arranjo de controle de clima 34, o qual, naprática, não tem que ser construído como um único módulo, mas pode serdividido entre vários módulos parciais, que opcionalmente operamparcialmente independentemente uns dos outros, determina, a partir dosvalores atuais de temperatura ambiente e dos valores desejados detemperatura ambiente, um respectivo desvio de temperatura ambiente paracada das zonas de clima 12 a 20. O arranjo de controle de clima 34 tambémcalcula a partir dos desvios de temperatura ambiente das zonas de clima umrespectivo valor desejado da temperatura de ar de suprimento para cada zonade clima. Sensores de temperatura adicionais, não mostrados na figura 1,medem a temperatura do suprimento de ar nos sistemas de sub-ramificação30, em particular na proximidade das saídas de ar para dentro das zonas declima 12 a 20. Os valores medidos, obtidos em conexão com isto, sãocomparados por meio do arranjo de controle de clima 34 como valores atuaisde temperatura de ar de suprimento com os valores desejados de temperaturade ar de suprimento das zonas de clima, para calcular, assim, um desvio detemperatura de ar de suprimento para cada zona de clima.
Para o controle de temperatura básico do suprimento de ar nacâmara de mistura 28, o arranjo de controle de clima 34 usa os valoresdesejados das temperaturas de ar de suprimento, determinados na maneiraacima descrita, das zonas de clima 12, 14, 16, 18, mas não o valor desejado datemperatura de ar de suprimento da zona de clima 20. O valor mais friodesejado da temperatura de ar de suprimento das zonas de clima 12 a 18estabelece o nível de temperatura básico do suprimento de ar que o arranjo decontrole de clima realiza por meio do correspondente controle das unidadesde clima 32. A temperatura do suprimento de ar na câmara de mistura 28 é,por conseguinte, ajustada tão baixa que nenhum subseqüente resfriamento noduto no respectivo sistema de sub-ramificação 20 é requerido para qualqueruma das zonas de clima 12 a 18. Uma elevação de temperatura ésubseqüentemente requerida no respectivo sistema de sub-ramifícação 30,pelo menos para aquelas zonas de clima 12 a 18 das quais a exigência detemperatura (representada por meio do respectivo valor desejado datemperatura de ar de suprimento) é mais alta que a exigência de temperaturamais baixa das zonas de clima 12 a 18, a qual é decisiva para o controle detemperatura básico do suprimento de ar na câmara de mistura 28, a fim deatingir o desejado nível da temperatura de ar de suprimento.
Ao lado da parte de controle de temperatura básico com asunidades de condicionamento de ar 32, o arranjo de condicionamento de ar 22também compreende uma parte de controle de temperatura individual, a qualpermite o controle de temperatura individual do suprimento de ar frescotransportado no sistema de sub-ramificação 20 das zonas de clima 12 a 20.Para as zonas de clima 12 a 18, esta parte de controle de temperaturaindividual provê introdução de ar quente no respectivo sistema de sub-ramificação 30, em que este quente se origina do ar sangrado. O ar quente éavançado através de um sistema de conduto de ar quente de controle detemperatura individual 36, conectado com o sistema de ramificação principal26 do sistema de percurso de alimentação de suprimento 24 a montante dasunidades de condicionamento de ar 32 e, em cada caso, pode ser introduzidoexpressamente dosado através de uma válvula de regulagem individual 38 noassociado sistema de sub-ramificação 30 de cada uma das zonas de clima 12 a18. As válvulas de regulagem individuais 38 podem ser controladas por meiodo arranjo de controle de clima 34 como uma válvula de regulagem global 40que regula o suprimento de ar quente no sistema de conduto de ar quente decontrole de temperatura individual 26.
Para a zona de clima 20, da qual o sistema de sub-ramificação30 é não conectado com o sistema de conduto de ar quente de controle detemperatura individual 36, a parte de controle de temperatura individual doarranjo de condicionamento de ar 22, por outro lado, provê um arranjo deconvertedor de calor e energia combinado 42 operando de acordo com umprocesso cíclico termodinâmico reversível, em particular o processo deStirling, arranjo este que eleva ou abaixa o fluxo de ar que não se origina apartir de ar sangrado para um nível de temperatura desejado, e alimenta ofluxo de ar com temperatura assim controlada no sistema de sub-ramificação30 da zona de clima 20. O arranjo de conversor de calor e energia combinado42 pode também ser controlado por meio do arranjo de controle de clima 34.
Embora o controle de temperatura básico do suprimento de arna câmara de mistura 28 tenha lugar na maneira acima descrita de acordo coma exigência de temperatura mais fria das zonas de clima 12 a 18, as válvulasde regulagem individual 38 e o arranjo de convertedor de calor e energiacombinado 42 são controlados como uma função do desvio de temperatura dear de suprimento das zonas de clima. A temperatura do suprimento de arsoprado para dentro é, assim, individualmente ajustada para cada uma daszonas de clima 12 a 20 para o respectivo valor desejado da temperatura de arde suprimento, neste local. Como a zona de clima 20 não tem qualquer efeitosobre o controle de temperatura básico do suprimento de ar na câmara demistura 28, pode ser que o nível de temperatura básico do suprimento de arcausado por meio do arranjo de controle de clima 34 na câmara de mistura 28esteja situado acima da exigência de temperatura da zona de clima 20. Umavez que o arranjo de convertedor de calor e energia combinado aerodinâmico42 permite que efetiva refrigeração, se requerido, em adição ao aquecimentodo fluxo de ar suprido, o clima desejado pode ser também atingido na zona declima 20 a qualquer tempo.E entendido que a configuração mostrada na figura 1 ésomente exemplificativa e modificações podem ser feitas a qualquer tempo.
Em particular, mais que uma zona de clima pode ser provida, a qual édesacoplada do sistema de conduto de ar quente de controle de temperaturaindividual 36, em que o controle de temperatura básico do suprimento de arna câmara de mistura 28 tem lugar, por conseguinte, independentemente dasexigências de temperatura desta pluralidade de zonas de clima. Referência éexplicitamente feita, todavia, ao fato de que a invenção não é de maneiraalguma limitada à configuração em que o controle de temperatura básico dosuprimento de ar é independente da exigência de temperatura de uma ou maiszona(s) de clima com associado arranjo de convertedor de calor e energiacombinado, termodinâmico. É, por todos meios, concebível tambémconsiderar zonas de clima no controle de temperatura básico do suprimento dear, as quais podem ter temperatura individualmente controlada por meio deum arranjo de convertedor de calor e energia combinado, termodinâmico.
Referência é agora feita à figura 2. Esta mostra outros detalhesdo arranjo de convertedor de calor e energia combinado 42, termodinâmico. Oarranjo de convertedor 42 compreende, como um componente essencial, ummotor combinado de calor e energia 44, em particular um motor Stirling, oqual pode opcionalmente ser operado como uma bomba de calor ou um motorde refrigeração e que, no exemplo ilustrado, é construído como uma unidadede êmbolo-cilindro, em que é conhecida como uma configuração α. Eentendido que, em lugar de uma configuração de êmbolo-cilindro do motorcombinado de calor e energia 44, outras configurações são possíveis, porexemplo, aqueles com placas oscilantes ou um rotor Wankel. E tambémentendido que a ilustrada configuração α do motor de êmbolo-cilindro 44pode também ser substituída por outras configurações, por exemplo, umaconfiguração β de uma configuração γ. Uma restrição para formasconfiguracionais específicas do motor combinado de calor e energia 44 não é,de maneia alguma, pretendida dentro do escopo da invenção.
O motor combinado de calor e energia 44 é acoplado com umaunidade de acionamento eletromotriz 46 e pode assim ser acionado. Emvirtude da representação esquemática, a figura 2 não mostra o acoplamento deacionamento entre a unidade de acionamento 46 e o motor 44, em detalhe. Aforma de concretização específica deste acoplamento de acionamento não ésignificante dentro do escopo da invenção, todavia, por esta razão ela nãoprecisa ser discutida em maior detalhe. Motores de Stirling, comercialmentedisponíveis, e outros motores combinados de calor e energia, são equipadossão equipados com interfaces mecânicas apropriadas para a conexão de ummotor elétrico, todavia, por esta razão, uma pessoa versada na técnica podeproduzir um acoplamento mecânico apropriado entre a unidade deacionamento 46 e o motor 44, a qualquer tempo.
No exemplo sendo considerado de uso de um motor Stirlingem uma configuração α, o motor 44 compreende dois êmbolos 47, 48,acionados por meio da unidade de acionamento 46, e que são axialmentemóveis dentro de um cilindro 50. Os dois êmbolos entre eles circundam umgás de trabalho. Um regenerador 52 é também provido no espaço entre os doisêmbolos 47, 48. O modo de operação de um motor Stirling deste tipo éconhecido por si. Neste ponto, a referência que dentro do âmbito do processocíclico termodinâmico executado por ele, ele passa através de duas alteraçõesisocóricas em estado bem como - com motores práticos - duas alteraçõespolitrópicas em estado, é suficiente. Descrição detalhada do modo deoperação de motores de Stirling reais pode ser encontrada na literaturarelevante.
O motor combinado de calor e energia 44 tem duas superfíciesde troca de calor 54, 46, entre as quais, durante a operação do motor 44, umgradiente de temperatura é estabelecido. O motor combinado de calor eenergia 44 é instalado em uma tal maneira que uma de suas superfícies detroca de calor, mais precisamente a superfície de troca de calor 56 no exemploda figura 2, é posicionada no percurso de fluxo do fluxo de ar sendo usadopara o controle de temperatura do ar no relevante sistema de sub-ramificação30. A outra superfície de troca de calor, a superfície 54, neste caso, éarranjada fora deste percurso de fluxo, por outro lado, e é usada como umasuperfície de troca de calor livre através da qual a energia de ramal éabsorvida pelo meio circundante ou liberada para o mesmo, dependendo domodo de operação do motor 44.
Especificamente no exemplo da figura 2, o motor combinadode calor e energia 44 com sua superfície de troca de calor útil 56 é arranjadoem um sistema de condutos de ar 58 que termina no relevante sistema de sub-ramificação 30 e que compreende dois ramos de conduto paralelos 60, 62cada um com uma entrada de ar 64 ou 66, um ramo de transposição 68correndo entre os dois ramos paralelos, bem como um ramo de conduto emcomum 70 que corre entre um ponto de confluência dos dois ramos deconduto 60, 62 e o relevante sistema de sub-ramificação 30. Em cada um dosdois ramos de conduto paralelos 60, 62 é disposta uma respectiva válvula denão-retorno 72 ou 74. Uma respectiva válvula de não-retorno 76 ou 78 étambém disposta entre as duas entradas de ar 64, 66. O motor combinado decalor e energia 44 é instalado em uma tal maneira que a superfície de troca decalor útil 56 é arranjada no ramo de transposição 68 do sistema de condutosde ar 58 e pode mover ar fluindo neste ramo de transposição 68 ao longo dasuperfície de troca de calor útil 56 a fim de, no processo, absorver energiatérmica a partir da superfície 56 ou liberá-la para a mesma.
Em adição ao motor combinado de calor e energia 44, umarranjo com duas ventoinhas 84, 86 é acoplado, ou pode ser acoplado, emtermos de acionamento através de um arranjo de eixo de acionamento 80, oqual, se requerido, pode incluir um acoplamento 82, com a unidade deacionamento 46, as ventoinhas sendo arranjadas no ramo de transposição 68do sistema de condutos de ar 58 e sendo posicionadas em qualquer lado dasuperfície de troca de calor útil 56, isto é, a montante e a jusante, na direçãode fluxo do fluxo do ar fluindo neste ramo 68. Na rotação, as ventoinhas 84,86 produzem ou reforçam um fluxo de ar no ramo de transposição 68. Eentendido que um número de ventoinhas e seu local de instalação (emsomente um lado da superfície de troca de calor 56 ou em ambos lados)podem variar, por exemplo, como uma função da saída implementada ou/e dotamanho da superfície de troca de calor 56 ou/e da seção transversal de fluxodo ramo 68.
O arranjo de controle de clima 34 (ou um módulo de parte doarranjo de controle 34 usado somente para controlar a individual moderaçãoda zona de clima relevante) é ajustado para controlar a direção de rotação daunidade de acionamento 46 e a velocidade de rotação da mesma como umafunção do desvio de temperatura de ar de suprimento da zona de climarelevante, isto é, a zona de clima 20 na figura 1, por exemplo. A superfície detroca de calor útil 56 do motor combinado de calor e energia 44, acopladocom a unidade de acionamento 46, é a mais quente ou a mais fria das duassuperfícies de troca de calor 54, 56, dependendo da direção de rotação daunidade de acionamento 46. Por conseguinte, o ar fluindo no ramo detransposição 68 é ou aquecido ou resfriado, dependendo da direção de rotaçãoda unidade de acionamento 46. O nível de temperatura da superfície de trocade calor útil 56 depende, neste caso, da velocidade de rotação da unidade deacionamento 46, por cuja razão um diferente nível de aquecimento ouresfriamento do ar fluindo no ramo de transposição 68 é efetuado,dependendo da velocidade de rotação da unidade de acionamento 46.
Com o acionamento da unidade de acionamento em umadireção de rotação, a rotação das ventoinhas 84, 86 causa sucção no ramo detransposição 68, o que conduz à abertura da válvula de não-retorno 76, demodo que ar flui através da entrada 64 e passa para dentro do ramo detransposição 68. O ar afluindo empurra para abrir a válvula de não-retorno 74no ramo de conduto 62 e finalmente passa através do conduto em comum 70no sistema de sub-ramificação 30. Com o acionamento na direção de rotaçãooposta, por outro lado, sucção na direção oposta é produzida no ramo detransposição 68 por meio das ventoinhas 84, 86, de modo que ar flui atravésda entrada 66 para dentro do ramo de transposição 68. Este ar que aflui entãoempurra para abrir a válvula de retorno 72 no ramo de conduto 70 e fluiatravés do ramo de conduto 60 e do ramo de conduto em comum 70 nosistema de sub-ramificação 30. As entradas de ar 64, 66 podem, por exemplo,ser posicionadas no porão da aeronave. O local de instalação do motorcombinado de calor e energia 44 na aeronave é preferivelmente de forma quea superfície de troca livre 54 é também posicionada na região de ar de saídada aeronave, de modo que a admissão de energia térmica, positiva ounegativa, requerida para aquecer ou refrigerar o fluxo de ar no ramo detransposição 68 origina-se a partir do ar de saída da aeronave.Alternativamente, é concebível usar o calor dissipado, positivo ou negativo,pela superfície de troca livre 54, para o controle de temperaturapropositalmente oposto, de uma diferente região da aeronave.
Também representado na figura 2 está um sensor detemperatura 88, o qual mede a temperatura ambiente atual na zona de climaprovida por meio do sistema de sub-ramificação 30, e um outro sensor detemperatura 90, o qual mede a temperatura atual do suprimento de ar frescotransportado no sistema de sub-ramificação 30. O segundo valor medido érepresentativo do acima mencionado valor atual da temperatura de ar desuprimento. Como descrito acima, o arranjo de controle de clima 34determina, a partir dos valores medidos supridos por meio dos sensores 88, 90e de um valor desejado de temperatura para a zona de clima relevante, quepode ser estipulado no painel de controle 92 por meio de um tripulante dacabine, um desvio de temperatura de ar de suprimento e controla a unidade deacionamento 46 no sentido de uma eliminação deste desvio.
Na figura 3, os componentes idênticos ou que atuamidenticamente são designados pelos mesmos números de referência queanteriormente, embora suplementados por uma letra de caixa baixa. Avariante mostrada nesta figura difere daquela na figura 2 pelo fato de que ofluxo de ar transportado através da superfície de troca de calor útil 56a domotor combinado de calor e energia 44a é tomado diretamente do suprimentode ar fresco transportado no sistema de sub-ramificação 30a. Para estafinalidade, as entradas de ar 64a, 66a foram desenvolvidas em ramos deconduto paralelos, os quais são conectados com o sistema de sub-ramificação30a por meio de um outro ramo de conduto em comum 94a a montante doramo de conduto 70a. O ar, assim, flui do sistema de sub-ramificação 30a ouatravés do ramo de entrada 64a ou do ramo de entrada 66a, dependendo dadireção de sucção produzida no ramo de transposição 68a.
Claims (12)
1. Arranjo de condicionamento de ar (22) para uma aeronave(10) ou outras premissas, com uma pluralidade de zonas de clima (12 a 20)que podem ter a temperatura individualmente controlada, compreendendo:- um sistema de percurso de alimentação de suprimento de ar(24) com uma câmara de mistura (28) e uma pluralidade de sistemas de sub-ramificação (30) que se ramificam a partir da câmara de mistura e queconduzem para uma das zonas de clima em cada caso,- meios de controle de temperatura básica (32) para controlar atemperatura do suprimento de ar na câmara de mistura (28) como uma funçãode pelo menos um desejado valor de temperatura,- meios de controle de temperatura individuais (36, 38, 40, 42)para individualmente controlar a temperatura do suprimento de ar em cadados sistemas de sub-ramificação (30) como uma função de um desejado valorde temperatura da respectiva zona de clima,caracterizado pelo fato de que os meios de controle detemperatura individuais, em alocação com pelo menos uma (20) das zonas declima, compreendem pelo menos um motor combinado de calor e energia (44)operando de acordo com um processo cíclico termodinâmico.
2. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor combinado de calor eenergia (44) é um motor Stirling.
3. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o motor combinado decalor e energia (44) está em conexão de acionamento ou pode ser colocadoem conexão de acionamento com um motor de acionamento (46) configuradopara operação em direções de rotação opostas e que é controlado por meio deum arranjo de controle (34) preparado para reverter a direção de rotação domotor de acionamento, em que o motor combinado de calor e energia comuma superfície de troca de calor útil (56) é arranjado em um sistema decondutos de ar (58) que, em direções de fluxo opostas, permite que a fluxo dear de moderação através da superfície de troca de calor útil em direção aosistema de sub-ramificação (30) da zona de clima relevante (20).
4. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, associadacom o motor combinado de calor e energia (44), está um arranjo de ventoinha(84, 86) que gera ou reforça a fluxo de ar de moderação transportado atravésde uma superfície de troca de calor útil (56) do motor e que é para serintroduzido no associado sistema de sub-ramificação (30) da zona de climarelevante (20).
5. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com areivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, na direção de fluxo do fluxode ar de moderação em qualquer lado do motor combinado de calor e energia(44), o arranjo de ventoinha compreende pelo menos uma respectivaventoinha (84, 86).
6. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com areivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, na direção de fluxo do fluxode ar de moderação em somente um lado do motor combinado de calor eenergia (44), o arranjo de válvula compreende uma ventoinha.
7. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com qualqueruma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos umaventoinha (84, 86) do arranjo de ventoinha está em conexão de acionamentoou pode ser colocada em conexão de acionamento com um motor deacionamento (46) configurado para operação em direções de rotação opostas eque é controlado por meio de um arranjo de controle (34) preparado parareverter a direção de rotação do motor de acionamento.
8. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma corrente dear de moderação transportada através de uma superfície de troca de calor útil(56a) do motor combinado de calor e energia (44a) e que é para serintroduzida no associado sistema de sub-ramificação (30a) da zona de climarelevante (20a) é alimentada a partir do suprimento de ar transportado nestesistema de sub-ramificação.
9. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma corrente dear de moderação transportado através de uma superfície de troca de calor útil(56) do motor combinado de calor e energia (44), e que é para ser introduzidano associado sistema de sub-ramificação (30) da zona de clima relevante (20),ou a energia térmica do mesmo, é tomada de uma região de ar de saída daaeronave (10).
10. Arranjo de condicionamento de ar de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os meiosde controle de temperatura individuais compreendem pelo menos umrespectivo motor combinado de calor e energia (44) somente em alocaçãocom um número parcial (20) das zonas de clima (12 a 20).
11.
Arranjo de condicionamento de ar de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os meios de controle detemperatura básicos são preparados para controlar a temperatura dosuprimento de ar na câmara de mistura (28) como uma função de um desejadovalor de temperatura de pelo menos uma, em particular cada, zona de clima(12 a 18) sem associado motor combinado de calor e energia, emboraindependentemente de um desejado valor de temperatura de pelo menos uma,em particular cada, zona de clima (20) com associado motor combinado decalor e energia (44).
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