BRPI0719044A2 - COOLING SYSTEM AND METHOD FOR COOLING AN AIRCRAFT DEVICE - Google Patents
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"SISTEMA DE RESFRIAMENTO E MÉTODO PARA RESFRIAR UM DISPOSITIVO DE AERONAVE""COOLING SYSTEM AND METHOD FOR COOLING AN AIRCRAFT DEVICE"
A presente invenção refere-se a um sistema de resfriamento bem como um método para resfriar um dispositivo de aeronave.The present invention relates to a cooling system as well as a method for cooling an aircraft device.
Um grande número de vários dispositivos técnicos que geram calor e que têm que ser resfriados para garantir um modo de operação seguro é provido no interior da aeronave. Também posicionados no interior da aeronave estão vários espaços fechados, assim chamados compartimentos, os quais têm que ser moderados em temperatura para temperaturas que estão situadas abaixo da temperatura da cabine. Vários sistemas de resfriamento são, por conseguinte, providos na aeronave.A large number of various heat-generating technical devices that have to be cooled to ensure a safe mode of operation are provided inside the aircraft. Also positioned inside the aircraft are several enclosed spaces, so-called compartments, which have to be tempered in temperature to temperatures that are below cabin temperature. Various cooling systems are therefore provided on the aircraft.
Por exemplo, é conhecido da DE 41 05 034 Al prover, para cada cozinha, um dispositivo de resfriamento independente que trabalha com ar frio como um meio de resfriamento e tem sua própria máquina de resfriamento do tipo de compressão (resfriador a ar).For example, it is known from DE 41 05 034 Al to provide, for each kitchen, a separate cooling device that works with cold air as a cooling medium and has its own compression type cooling machine (air cooler).
Como uma alternativa para isto, a DE 43 40 317 C2 descreve uma máquina de resfriamento do tipo de compressão centralizada, cuja capacidade de resfriamento é distribuída em uma aeronave através de uma barra coletora de refrigerante. Sistemas de resfriamento com uma máquina de resfriamento do tipo de compressão têm a desvantagem de gerar ruídos de máquina que podem ser escutados na cabine de passageiros de aeronave e podem, por conseguinte, ser sentidos como perturbadores. Além disso, por conta dos componentes rotativos que estão presentes, sistemas deste tipo têm baixa confiabilidade total.As an alternative to this, DE 43 40 317 C2 describes a centralized compression type cooling machine whose cooling capacity is distributed on an aircraft through a refrigerant collection bar. Cooling systems with a compression type cooling machine have the disadvantage of generating machine noise that can be heard in the aircraft passenger cabin and can therefore be perceived as disturbing. Also, because of the rotating components that are present, systems of this type have low overall reliability.
Em adição, de acordo com a exposição da DE 38 12 739 Cl, uma câmara de resfriamento provida dentro de uma cozinha de uma aeronave é disposta próxima ao revestimento externo da aeronave, e uma câmara de ar frio é provida entre uma câmara de resfriamento e o revestimento externo da aeronave. A câmara de ar frio troca calor com o ar externo através do revestimento externo. Uma desvantagem de trocadores de calor de revestimento deste tipo situa-se no fato de que o ar externo não pode ser usado como um dissipador de calor em elevadas temperaturas ambientes. Por conseguinte, é impossível prover suficiente capacidade de resfriamento quando a aeronave está sobre o solo em dias quentes.In addition, according to the exposure of DE 38 12 739 Cl, a cooling chamber provided within an aircraft kitchen is arranged close to the aircraft outer shell, and a cold air chamber is provided between a cooling chamber and the outer casing of the aircraft. The cold air chamber exchanges heat with outside air through the outer casing. A disadvantage of coating heat exchangers of this type lies in the fact that outside air cannot be used as a heat sink at elevated ambient temperatures. Therefore, it is impossible to provide sufficient cooling capacity when the aircraft is on the ground on hot days.
O objetivo da invenção é prover um sistema de resfriamento bem como um método para resfriar um dispositivo de aeronave por meio do quais dispositivos de geração de calor e outros dispositivos na aeronave podem ser resfriados confiavelmente e continuamente. Este objetivo é atingido por um sistema de resfriamento paraThe object of the invention is to provide a cooling system as well as a method for cooling an aircraft device by which heat generating devices and other devices on the aircraft can be reliably and continuously cooled. This goal is achieved by a cooling system for
resfriar um dispositivo de aeronave que tem as características indicadas na reivindicação 1 bem como um método para resfriar um dispositivo de aeronave que tem as características indicadas na reivindicação 9.cooling an aircraft device having the features set forth in claim 1 as well as a method for cooling an aircraft device having the features set forth in claim 9.
Um sistema de resfriamento de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave compreende um evaporador para receber um fluido que deve ser evaporado. Na dependência de uma exigência de energia de resfriamento, um evaporador ou uma pluralidade de evaporadores pode ser empregado no sistema de resfriamento de acordo com a invenção. Por exemplo, o evaporador pode ser na forma de uma placa que é cheia com o fluido que deve ser evaporado. O evaporador ou evaporadores podem completamente ou parcialmente encerrar um volume que deve ser resfriado ou ser disposto em um local específico ou em locais específicos no volume que deve ser resfriado. Como uma alternativa para isto, o evaporador propriamente dito pode ser um depósito para um fluido que deve ser resfriado, como será subseqüentemente explicado em maior detalhe. Água ou álcool, por exemplo, pode ser empregado como fluido a ser evaporado que é recebido no evaporador.A cooling system according to the invention for cooling an aircraft device comprises an evaporator for receiving a fluid to be evaporated. Depending on a cooling energy requirement, an evaporator or a plurality of evaporators may be employed in the cooling system according to the invention. For example, the evaporator may be in the form of a plate that is filled with the fluid to be evaporated. The evaporator or evaporators may completely or partially shut down a volume that must be cooled or arranged at a specific location or at specific locations on the volume to be cooled. As an alternative to this, the evaporator itself may be a reservoir for a fluid to be cooled, as will be explained in more detail below. Water or alcohol, for example, may be employed as the fluid to be evaporated that is received in the evaporator.
O sistema de resfriamento de acordo com a invenção compreende um primeiro adsorvedor que contém um meio para a adsorção do fluido que é evaporado no evaporador. Também provido é um segundo adsorvedor que igualmente contém um meio para a adsorção do fluido que é evaporado no evaporador. Uma substância de poros finos, tal como, por exemplo, carvão ativado, zeólito, sílica gel ou similar, é preferivelmente empregada como um meio de adsorção. Quando o fluido que é evaporado no evaporador é adsorvido em um meio de adsorção, o fluido gasoso é adsorvido em poucas camadas moleculares em um meio de adsorção. Calor de condensação é liberado neste processo físico-energético, que corresponde à condensação, de modo que energia de regeneração tem que ser fornecida para o primeiro e segundo adsorvedores para regeneração, isto é, para dessorver as moléculas de fluido adsorvido a partir do meio de adsorção. Um adsorvedor é, por conseguinte, não disponível durante sua regeneração para a adsorção do fluido que é evaporado pelo evaporador.The cooling system according to the invention comprises a first adsorber which contains a medium for the adsorption of the fluid which is evaporated in the evaporator. Also provided is a second adsorber which also contains a medium for adsorption of fluid which is evaporated in the evaporator. A fine pore substance, such as, for example, activated carbon, zeolite, silica gel or the like, is preferably employed as an adsorption medium. When the fluid that is evaporated in the evaporator is adsorbed on an adsorption medium, the gaseous fluid is adsorbed on a few molecular layers into an adsorption medium. Condensation heat is released in this physical-energetic process, which corresponds to condensation, so that regeneration energy must be supplied to the first and second adsorbers for regeneration, that is, to desorb the adsorbed fluid molecules from the medium. adsorption. An adsorber is therefore unavailable during its regeneration for the adsorption of the fluid that is evaporated by the evaporator.
O sistema de resfriamento de acordo com a invenção, por conseguinte, compreende um sistema de controle que é adaptado para estabelecer ou interromper uma conexão de fluido entre o evaporador e o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es). A conexão de fluido entre o evaporador e um dos dois adsorvedores pode ser interrompida por meio do sistema de controle, de modo que o adsorvedor, que agora não mais está em conexão de fluido com o evaporador, pode ser regenerado por meio do fornecimento de energia de regeneração. O sistema de controle pode conectar o evaporador com o outro adsorvedor durante a fase de regeneração do adsorvedor, de modo que operação contínua do sistema de resfriamento de acordo com a invenção é garantida. Por exemplo, o sistema de controle pode interromper aThe cooling system according to the invention therefore comprises a control system which is adapted to establish or interrupt a fluid connection between the evaporator and the first and / or second adsorber (s). The fluid connection between the evaporator and one of the two adsorbers can be broken off via the control system, so that the adsorber, which is no longer in fluid connection with the evaporator, can be regenerated by supplying power. of regeneration. The control system can connect the evaporator with the other adsorber during the adsorber regeneration phase, so that continuous operation of the cooling system according to the invention is guaranteed. For example, the control system may interrupt the
conexão de fluido entre o evaporador e um dos dois adsorvedores, se a pressão parcial do fluido que é evaporado no evaporador no adsorvedor corresponde à pressão parcial de fluido no evaporador. Todavia, o sistema de controle pode também estabelecer ou interromper a conexão de fluido entre o evaporador e o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) em quaisquer instantes desejados. O sistema de controle pode também ser adaptado para controlar o fluxo em volume do fluido que é evaporado no evaporador na direção do primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es). Como um resultado, é possível ajustar uma temperatura desejada e/ou um estado desejado em um dispositivo de aeronave que é resfriado pelo sistema de resfriamento.fluid connection between the evaporator and one of the two adsorbers, if the partial pressure of the fluid that is evaporated in the evaporator on the adsorber corresponds to the partial pressure of fluid in the evaporator. However, the control system may also establish or interrupt the fluid connection between the evaporator and the first and / or second adsorber (s) at any desired time. The control system may also be adapted to control the volume flow of the fluid that is evaporated on the evaporator toward the first and / or second adsorber (s). As a result, it is possible to set a desired temperature and / or a desired state on an aircraft device that is cooled by the cooling system.
No sistema de resfriamento de acordo com a invenção, o fluido que deve ser evaporado no evaporador absorve calor a partir de um dispositivo de aeronave que deve ser resfriado e, no processo, altera seu estado de agregação. O sistema de resfriamento pode, por conseguinte, funcionar sem partes móveis, de modo que ruídos de máquina perturbadores podem ser prevenidos e a confiabilidade total do sistema pode ser aumentada. Além disto, o sistema pode ser instalado a bordo da aeronave em uma maneira relativamente simples e fornecer energia de resfriamento independentemente do sistema de fornecimento elétrico da aeronave durante o processo de evaporação. Finalmente, porque ele não emprega fluorocarbonetos (HFCs) como refrigerante, o sistema é particularmente ecológico e permite gestão de calor específica bem como gestão de energia específica.In the cooling system according to the invention, the fluid to be evaporated in the evaporator absorbs heat from an aircraft device that is to be cooled and, in the process, alters its state of aggregation. The cooling system can therefore function without moving parts, so that disturbing machine noises can be prevented and overall system reliability can be increased. In addition, the system can be installed on board the aircraft in a relatively simple manner and provide cooling energy independently of the aircraft's electrical supply system during the evaporation process. Finally, because it does not employ fluorocarbons (HFCs) as refrigerants, the system is particularly environmentally friendly and allows for specific heat management as well as specific energy management.
Em uma forma de realização preferida do sistema de resfriamento de acordo com a invenção, o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) são/é integrados/o em um ciclo de resfriamento ou um sistema de fornecimento de energia que provê a energia que é requerida para a regeneração do primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es). Por exemplo, a energia que é necessária para a regeneração do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es) pode ser tomada do ar residual da cabine, que, como um resultado, é resfriado para uma temperatura mais baixa. Eficiência total mais alta no nível da aeronave é obtida, no total, por meio da integração do sistema de resfriamento de acordo com a invenção com outros sistemas a bordo da aeronave. Além disto, vantagens em termos de peso podem ser atingidas. No sistema de resfriamento de acordo com a invenção, a regeneração de um adsorvedor pode ser isolada da função de resfriamento do sistema. Por conseguinte, a energia de regeneração que é fornecida para um adsorvedor não tem uma influência sobre o dispositivo que é resfriado pelo sistema de resfriamento.In a preferred embodiment of the cooling system according to the invention, the first and / or second adsorber (s) are / are integrated into a cooling cycle or a power supply system that provides the energy that is required for regeneration of the first and / or second adsorber (s). For example, the energy that is required for regeneration of the first and / or second adsorber (s) may be taken from the cabin residual air, which as a result is cooled to a lower temperature. Higher total aircraft level efficiency is achieved in total by integrating the cooling system according to the invention with other systems on board the aircraft. In addition, weight advantages can be achieved. In the cooling system according to the invention, regeneration of an adsorber may be isolated from the cooling function of the system. Therefore, the regeneration energy that is supplied to an adsorber has no influence on the device that is cooled by the cooling system.
O primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) são/é preferivelmente conectados/o com um dispositivo de remoção de fluido que é adaptado para remover fluido liberado durante a regeneração do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es) a partir do primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es). No sistema de resfriamento de acordo com a invenção, fluido que é dessorvido do meio de adsorção no primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) é, por conseguinte, não retornado diretamente para dentro do evaporador. O sistema de acordo com a invenção pode, por conseguinte, ser empregado em uma maneira particularmente flexível. O dispositivo de remoção de fluido pode, por exemplo, compreender uma primeira linha de remoção que é conectada com o primeiro adsorvedor bem como uma segunda linha de remoção que é conectado com o segundo adsorvedor. Válvulas de controle apropriadas podem ser providas na primeira e/ou na segunda linha(s) de remoção a fim de controlar a remoção do fluido dessorvido a partir do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es). A primeira e segunda linhas de remoção podem se abrir para uma linha de coleta de remoção em comum.The first and / or second adsorber (s) are / are preferably connected with a fluid removal device which is adapted to remove fluid released during regeneration of the first and / or second adsorber (s) from the first. and / or the second adsorber (s). In the cooling system according to the invention, fluid that is desorbed from the adsorption medium in the first and / or second adsorber (s) is therefore not returned directly into the evaporator. The system according to the invention may therefore be employed in a particularly flexible manner. The fluid removal device may, for example, comprise a first removal line that is connected with the first adsorber as well as a second removal line that is connected with the second adsorber. Suitable control valves may be provided on the first and / or second removal line (s) to control the removal of desorbed fluid from the first and / or second adsorber (s). The first and second removal lines may open to a common removal collection line.
O dispositivo de remoção de fluido pode, por exemplo, ser conectado com um resfriador que serve para resfriar fluido que é dessorvido a partir de um meio de adsorção no primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) para uma temperatura desejada. O resfriador está preferivelmente em conexão de fluido com uma entrada de fluido do evaporador, de modo que um sistema de resfriamento fechado é obtido. Em um sistema de resfriamento que compreende uma pluralidade de evaporadores, a entrada de fluido de cada evaporador é preferivelmente conectada com uma linha de fornecimento separada na qual uma válvula de controle para controlar o fornecimento do fluido do resfriador para o respectivo evaporador é disposta. As linhas de fornecimento individuais podem se abrir para dentro de uma linha de coleta de fornecimento que é conectada com o resfriador.The fluid removal device may, for example, be connected with a chiller that serves to cool fluid that is desorbed from an adsorption medium in the first and / or second adsorber (s) to a desired temperature. The chiller is preferably in fluid connection with an evaporator fluid inlet, so that a closed cooling system is obtained. In a cooling system comprising a plurality of evaporators, the fluid inlet of each evaporator is preferably connected to a separate supply line in which a control valve for controlling the supply of coolant fluid to the respective evaporator is arranged. Individual supply lines may open into a supply collection line that is connected to the chiller.
O dispositivo de remoção de fluido do sistema de resfriamentoThe cooling system fluid removal device
de acordo com a invenção é preferivelmente conectado com um sistema de água residual da aeronave. Nesta forma de realização do sistema, água é usada no evaporador como o fluido que deve ser evaporado. Água que é dessorvida a partir de um meio de adsorção no primeiro e/ou no segundo adsorvedor(es) e está presente em forma de vapor é alimentada desde o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) através do dispositivo de remoção de fluido ao sistema de água residual da aeronave e fornecida para um tanque de armazenagem de água, por exemplo.according to the invention is preferably connected with an aircraft wastewater system. In this embodiment of the system, water is used in the evaporator as the fluid to be evaporated. Water that is desorbed from an adsorption medium in the first and / or second adsorber (s) and is present in vapor form is fed from the first and / or second adsorber (s) through the fluid removal device. to the aircraft's wastewater system and supplied to a water storage tank, for example.
Uma entrada de fluido do evaporador pode ser conectada com um sistema de fornecimento de água da aeronave, de modo que um sistema de resfriamento semi-aberto que é integrado no sistema de fornecimento de água da aeronave é obtido.An evaporator fluid inlet can be connected to an aircraft water supply system, so that a semi-open cooling system that is integrated into the aircraft water supply system is obtained.
Em uma forma de realização preferida do sistema de resfriamento de acordo com a invenção, um tanque de armazenagem de água que é empregado em um sistema dispensador de água é usado como o evaporador. No caso de sistemas dispensadores de água que são correntemente empregados a bordo de uma aeronave para fornecer aos passageiros com água potável, é usual resfriar o tanque de armazenagem de água potável com métodos de resfriamento ativos, por exemplo, por meio de uma máquina de resfriamento do tipo de compressão. Um sistema/de resfriamento/dispensador de água integrado é, por conseguinte, provido pela presente invenção. Água potável que é recebida no tanque de armazenagem de água é evaporada e fornecida para o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) se a temperatura da água potável que é recebida no tanque de armazenagem de água exceder uma temperatura desejada. Energia de resfriamento é, como um resultado, liberada, de modo que água que não evaporou, remanescente no tanque de armazenagem de água, é resfriada.In a preferred embodiment of the cooling system according to the invention, a water storage tank that is employed in a water dispensing system is used as the evaporator. In the case of water dispensing systems that are currently employed on board an aircraft to provide passengers with potable water, it is usual to cool the potable water storage tank with active cooling methods, for example by means of a cooling machine. of compression type. An integrated water cooling / dispensing system is therefore provided by the present invention. Drinking water that is received in the water storage tank is evaporated and supplied to the first and / or second adsorber (s) if the drinking water temperature that is received in the water storage tank exceeds a desired temperature. Cooling energy is, as a result, released, so that unevaporated water remaining in the water storage tank is cooled.
Durante operação normal de um sistema dispensador de água potável empregado a bordo de uma aeronave, o tanque de armazenagem de água potável é mantido em uma sobrepressão específica a fim de prover uma pressão de fornecimento requerida para descarregar a água potável a partir do tanque de armazenagem de água potável. Todavia, a fim de iniciar o processo de evaporação descrito acima, uma subpressão tem que ser formada no tanque de armazenagem de água. O tanque de armazenagem de água é, por conseguinte, preferivelmente conectado com um sistema de regulagem de pressão que pode formar uma subpressão ou uma sobrepressão no tanque de armazenagem de água, de acordo com as exigências.During normal operation of a drinking water dispensing system employed on board an aircraft, the drinking water storage tank is maintained at a specific overpressure to provide the supply pressure required to discharge the drinking water from the storage tank. of drinking water. However, in order to initiate the evaporation process described above, a subpressure has to be formed in the water storage tank. The water storage tank is therefore preferably connected with a pressure regulating system which may form an underpressure or an overpressure in the water storage tank according to the requirements.
Em um método de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave, um fluido é evaporado em um evaporador e uma conexão de fluido entre o evaporador e um primeiro adsorvedor é estabelecida, de modo que o fluido que é evaporado no evaporador é adsorvido em um meio que é contido no primeiro adsorvedor. Em um instante predeterminado, por exemplo, quando uma pressão parcial do fluido que é evaporado no evaporador no primeiro adsorvedor corresponde à pressão parcial de fluido no evaporador, a conexão de fluido entre o evaporador e o primeiro adsorvedor é interrompida e uma conexão de fluido entre o evaporador e um segundo adsorvedor é estabelecida, de modo que o fluido que é evaporado no evaporador é adsorvido em um meio que é contido no segundo adsorvedor. Energia de regeneração é fornecida para o primeiro adsorvedor enquanto o evaporador é conectado com o segundo adsorvedor. No método de acordo com a invenção, a conexão de fluido entre o evaporador e o segundo adsorvedor pode correspondentemente ser interrompida e uma conexão de fluido entre o evaporador e o primeiro adsorvedor pode ser estabelecida, em lugar de quando energia de regeneração é fornecida para o segundo adsorvedor. A presente invenção, por conseguinte, provê um método contínuo para o resfriamento por adsorção de um dispositivo de aeronave.In a method according to the invention for cooling an aircraft device, a fluid is evaporated in an evaporator and a fluid connection between the evaporator and a first adsorber is established, so that the fluid that is evaporated in the evaporator is adsorbed on. a medium that is contained in the first adsorber. At a predetermined time, for example, when a partial pressure of the fluid that is evaporated in the evaporator on the first adsorber corresponds to the partial pressure of fluid in the evaporator, the fluid connection between the evaporator and the first adsorber is interrupted and a fluid connection between the evaporator and a second adsorber are established, so that the fluid that is evaporated in the evaporator is adsorbed on a medium that is contained in the second adsorber. Regeneration energy is provided to the first adsorber while the evaporator is connected to the second adsorber. In the method according to the invention, the fluid connection between the evaporator and the second adsorber may correspondingly be interrupted and a fluid connection between the evaporator and the first adsorber may be established, instead of when regeneration energy is supplied to the evaporator. second adsorber. The present invention therefore provides a continuous method for adsorptive cooling of an aircraft device.
Um processo de resfriamento contínuo é preferivelmente implementado por meio do método de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave através do uso alternativo do primeiro e segundo adsorvedores.A continuous cooling process is preferably implemented by the method according to the invention for cooling an aircraft device by alternative use of the first and second adsorbers.
A energia que é requerida para regenerar o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) é preferivelmente provida por meio de um ciclo de resfriamento ou uma fonte de energia presente na aeronave, por exemplo, ar sangrado a partir das unidades de potência, no qual o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) são/é integrados/o.The energy that is required to regenerate the first and / or second adsorber (s) is preferably provided by means of a cooling cycle or a power source present in the aircraft, for example, air bled from the power units in the which first and / or second adsorber (s) are / are integrated.
Fluido que é liberado durante a regeneração do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es) pode ser removido a partir do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es) através de um dispositivo de remoção de fluido que é conectado com o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es).Fluid that is released during regeneration of the first and / or second adsorber (s) may be removed from the first and / or second adsorber (s) via a fluid removal device that is connected with the first and / or the second adsorber (s).
Por exemplo, o fluido que é liberado durante a regeneração do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es) pode ser fornecido através do dispositivo de remoção de fluido para um resfriador que, por vez, está em conexão de fluido com uma entrada de fluido do evaporador.For example, fluid that is released during regeneration of the first and / or second adsorber (s) may be supplied through the fluid removal device to a chiller which in turn is in fluid connection with a fluid inlet. of the evaporator.
O fluido que é liberado durante a regeneração do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es) pode ser fornecido através do dispositivo de remoção de fluido para um sistema de água residual da aeronave.Fluid that is released during regeneration of the first and / or second adsorber (s) may be supplied through the fluid removal device to an aircraft wastewater system.
Em uma forma de realização preferida do método de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave, água é fornecida para uma entrada de fluido do evaporador a partir de um sistema de fornecimento de água da aeronave.In a preferred embodiment of the method according to the invention for cooling an aircraft device, water is provided to an evaporator fluid inlet from an aircraft water supply system.
Um tanque de armazenagem de água que é empregado em um sistema dispensador de água a bordo de uma aeronave é preferivelmente usado como o evaporador.A water storage tank that is employed in a water dispensing system on board an aircraft is preferably used as the evaporator.
A pressão no tanque de armazenagem de água pode ser regulada por meio de um sistema de regulagem de pressão que é conectado com o tanque de armazenagem de água.The pressure in the water storage tank can be regulated by means of a pressure regulating system that is connected with the water storage tank.
O resfriamento do dispositivo de aeronave preferivelmente nãoThe cooling of the aircraft device is preferably not
é prejudicada no método de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave.is impaired in the method according to the invention for cooling an aircraft device.
Formas de realização preferidas da presente invenção são agora ilustradas em detalhe com base nos desenhos esquemáticos acompanhantes, dos quais:Preferred embodiments of the present invention are now illustrated in detail based on the accompanying schematic drawings, of which:
a figura 1 mostra a estrutura de base de um sistema de resfriamento de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave,Figure 1 shows the base structure of a cooling system according to the invention for cooling an aircraft device,
a figura 2 mostra um sistema de resfriamento de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave que é formado como um sistema fechado,Figure 2 shows a cooling system according to the invention for cooling an aircraft device which is formed as a closed system.
a figura 3 mostra um sistema de resfriamento de acordo com a invenção para resfriar um dispositivo de aeronave que é formado como um sistema semi-aberto, e a figura 4 mostra um sistema de resfriamento de acordo com aFigure 3 shows a cooling system according to the invention for cooling an aircraft device that is formed as a semi-open system, and Figure 4 shows a cooling system according to
invenção no qual um tanque de armazenagem de água de um sistema dispensador de água provido a bordo de uma aeronave é empregado como o evaporador.invention in which a water storage tank of a water dispensing system provided on board an aircraft is employed as the evaporator.
A figura 1 mostra um sistema de resfriamento 10 para resfriar um dispositivo de aeronave 12 que compreende três evaporadores 14, 16, 18 que são distribuídos no dispositivo de aeronave 12 que deve ser resfriado. Um fluido F, por exemplo álcool ou água, é recebido em cada evaporador, fluido este que é destinado a ser evaporado no evaporador 14, 16, 18 e para fornecer a energia de resfriamento que é liberada na alteração em seu estado de agregação para o dispositivo de aeronave 12 que deve ser resfriado.Figure 1 shows a cooling system 10 for cooling an aircraft device 12 comprising three evaporators 14, 16, 18 which are distributed in the aircraft device 12 to be cooled. A fluid F, for example alcohol or water, is received in each evaporator, which fluid is intended to be evaporated in evaporator 14, 16, 18 and to provide the cooling energy that is released upon change in its aggregate state to the evaporator. aircraft device 12 that must be cooled.
Os evaporadores 14, 16, 18 são conectados através de uma linha de conexão 20 com um sistema de controle 22 que é na forma de uma válvula de três vias. Os evaporadores 14, 16, 18 podem ser ou conectados com um primeiro ou um segundo adsorvedor 24, 26 ou separados do primeiro e/ou do segundo adsorvedor 24, 26 por meio do sistema de controle 22. O sistema de controle 22 é formado como uma válvula de três vias com uma seção transversal de fluxo variável, de modo que um ajuste variável do fornecimento de fluido a partir dos evaporadores 14, 16, 18 para o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) 24, 26 é possível.Evaporators 14, 16, 18 are connected via a connection line 20 to a control system 22 which is in the form of a three-way valve. Evaporators 14, 16, 18 may either be connected with a first or second adsorber 24, 26 or separated from the first and / or second adsorber 24, 26 by means of control system 22. Control system 22 is formed as a three-way valve with a variable flow cross section, such that a variable adjustment of the fluid supply from the evaporators 14, 16, 18 to the first and / or second adsorber (s) 24, 26 is possible.
O primeiro e o segundo adsorvedores 24, 26, ambos, contêm um meio de adsorção finamente poroso 28, por exemplo carvão ativado, zeólito ou sílica gel. Um meio de adsorção 28 tem uma grande superfície, de modo que o fluido F que é evaporado no evaporador 14, 16, 18 pode ser adsorvido em somente poucas camadas moleculares em um meio de adsorção 28.The first and second adsorbers 24, 26 both contain a finely porous adsorption medium 28, for example activated carbon, zeolite or silica gel. An adsorption medium 28 has a large surface, so that fluid F which is evaporated in evaporator 14, 16, 18 can be adsorbed in only a few molecular layers in an adsorption medium 28.
Energia é liberada quando o fluido que é evaporado nos evaporadores 14, 16, 18 é adsorvido em um meio de adsorção 28. Energia, por conseguinte, tem que ser aplicada para o processo reverso, isto é, para a dessorção das moléculas de fluido a partir de um meio de adsorção 28. O primeiro e segundo adsorvedores 24, 26, são, ambos, por conseguinte, conectados com um dispositivo de fornecimento de energia 30, 32, através do qual energia de regeneração pode ser fornecida para o primeiro e segundo adsorvedores 24, 26.Energy is released when the fluid that is evaporated in the evaporators 14, 16, 18 is adsorbed on an adsorption medium 28. Energy, therefore, has to be applied to the reverse process, that is, to the desorption of the fluid molecules to from an adsorption means 28. The first and second adsorbers 24, 26 are therefore both connected with a power supply device 30, 32, whereby regeneration energy can be supplied to the first and second adsorbers 24, 26.
O modo de operação do sistema de resfriamento 10 é ilustradoThe operating mode of cooling system 10 is illustrated.
a seguir. Como já mencionado, o fluido F que é recebido nos evaporadores 14, 16, 18 é evaporado durante operação do sistema de resfriamento 10. A energia de resfriamento que é liberada no processo é fornecida para o dispositivo de aeronave 12 que deve ser resfriado. O fluido F que deixa os evaporadores 14, 16, 18 no estado gasoso é fornecido através do sistema de controle 22 para o primeiro adsorvedor 24, de modo que as moléculas de fluido são adsorvidas na superfície de um meio de adsorção 28 no primeiro adsorvedor 24.Next. As already mentioned, the fluid F that is received in evaporators 14, 16, 18 is evaporated during cooling system operation 10. The cooling energy that is released in the process is supplied to the aircraft device 12 which is to be cooled. Fluid F leaving evaporators 14, 16, 18 in the gaseous state is supplied through the control system 22 to the first adsorber 24, so that the fluid molecules are adsorbed on the surface of an adsorption medium 28 in the first adsorber 24 .
Se a pressão parcial do fluido F que é evaporado nos evaporadores 14, 16, 18 corresponde à pressão parcial de fluido no primeiro adsorvedor 24, um meio de adsorção 28 no primeiro adsorvedor 24 é "saturado" e requer regeneração. Energia térmica é fornecida para o primeiro adsorvedor 24 através de um dispositivo de fornecimento de energia 30 para esta finalidade. As moléculas de fluido adsorvido na superfície de um meio de adsorção 28 são como, um resultado, dessorvidas, e um meio de adsorção 28 é, por conseguinte, reativado para receber novas moléculas de fluido.If the partial pressure of fluid F which is evaporated in evaporators 14, 16, 18 corresponds to the partial pressure of fluid in the first adsorber 24, an adsorption medium 28 in the first adsorber 24 is "saturated" and requires regeneration. Thermal energy is supplied to the first adsorber 24 via a power supply device 30 for this purpose. The adsorbed fluid molecules on the surface of an adsorption medium 28 are, as a result, desorbed, and an adsorption medium 28 is therefore reactivated to receive new fluid molecules.
A conexão de fluido entre os evaporadores 14, 16, 18 e o primeiro adsorvedor 24 é interrompida por meio do sistema de controle 22 durante a regeneração de um meio de adsorção 28 no primeiro adsorvedor 24. A conexão de fluido entre os evaporadores 14, 16, 18 e o segundo adsorvedor 26 é ao mesmo tempo aberta. O fluido F que é evaporado nos evaporadores 14, 16, 18 é, por conseguinte, fornecido para o segundo adsorvedor 26 e adsorvido em um meio de adsorção 28 provido no segundo adsorvedor 26 durante a regeneração de um meio de adsorção 28 no primeiro adsorvedor 24.The fluid connection between the evaporators 14, 16, 18 and the first adsorber 24 is interrupted by the control system 22 during regeneration of an adsorption medium 28 on the first adsorber 24. The fluid connection between the evaporators 14, 16 , 18 and the second adsorber 26 are at the same time open. The fluid F which is evaporated on evaporators 14, 16, 18 is therefore supplied to the second adsorber 26 and adsorbed on an adsorption medium 28 provided on the second adsorber 26 during regeneration of an adsorption medium 28 on the first adsorber 24 .
A conexão de fluido entre os evaporadores 14, 16, 18 e o segundo adsorvedor 26 pode similarmente ser interrompida durante a regeneração de um meio de adsorção 28 no segundo adsorvedor 26 e a conexão de fluido entre os evaporadores 14, 16, 18 e o primeiro adsorvedor 24 restabelecida, em vez disso. O sistema de resfriamento 10, por conseguinte, permite operação de resfriamento contínua. Além disto, o dispositivo de aeronave 12 que deve ser resfriado é isolado dos dispositivos de fornecimento de energia 30, 32 para fornecer energia de regeneração para o primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 e é, por conseguinte, não influenciado pela energia de regeneração que é fornecida para o primeiro e segundo adsorvedores 24, 26.The fluid connection between the evaporators 14, 16, 18 and the second adsorber 26 may similarly be interrupted during regeneration of an adsorption medium 28 on the second adsorber 26 and the fluid connection between the evaporators 14, 16, 18 and the first one. adsorber 24 reinstated instead. The cooling system 10 therefore allows continuous cooling operation. In addition, the aircraft device 12 which is to be cooled is isolated from the power supply devices 30, 32 to provide regeneration energy to the first and second adsorbers 24, 26 and is therefore unaffected by the regeneration energy that is provided for the first and second adsorbers 24, 26.
Durante operação do sistema de resfriamento 10 existe uma subpressão tanto nos evaporadores 14, 16, 18 quando no primeiro e/ou segundo adsorvedor 24, 26 que estão em conexão de fluido com os evaporadores 14, 16, 18. A capacidade de resfriamento do sistema de resfriamento 10 é controlada pelo fluxo em volume de fluido que é fornecido pelos evaporadores 14, 16, 18 para o primeiro e/ou o segundo adsorvedor(es) 24, 26 através do sistema de controle 22. A temperatura do dispositivo de aeronave 12 que deve ser resfriado pode, por conseguinte, ser ajustada por apropriadamente controlar o fluxo em volume de fluido a partir dos evaporadores 14, 16, 18 na direção do primeiro e/ou do segundo adsorvedor(es) 24, 26 por meio do sistema de controle 22 na forma de uma válvula de três vias com uma seção transversal de fluxo variável. O sistema de resfriamento 10, por conseguinte, permite gestão de calor ativa.During operation of cooling system 10 there is underpressure in both evaporators 14, 16, 18 and the first and / or second adsorbers 24, 26 which are in fluid connection with evaporators 14, 16, 18. The cooling capacity of the system 10 is controlled by the volume flow of fluid that is provided by evaporators 14, 16, 18 to the first and / or second adsorber (s) 24, 26 through the control system 22. The temperature of the aircraft device 12 which must be cooled can therefore be adjusted by appropriately controlling the volume flow of fluid from the evaporators 14, 16, 18 towards the first and / or second adsorber (s) 24, 26 by means of the control 22 in the form of a three-way valve with a variable flow cross section. The cooling system 10 therefore enables active heat management.
A figura 2 mostra um sistema de resfriamento 10 que é na forma de um sistema fechado e pode ser empregado a bordo de uma aeronave para resfriar uma cozinha. No sistema de resfriamento 10, o primeiro e o segundo adsorvedores 24, 26 são integrados em um ciclo de resfriamento, que não é ilustrado em detalhe na figura 2, de modo que a energia de regeneração que é fornecida para o primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 durante as fases de regeneração pode ser tomada a partir do ar residual da cabine que é removido de uma cabine de aeronave. O sistema 10 pode, como um resultado, ser operado em uma maneira particularmente eficiente em termos de energia, de modo que a eficiência total no nível de aeronave pode ser melhorada.Figure 2 shows a cooling system 10 which is in the form of a closed system and may be employed on board an aircraft to cool a kitchen. In cooling system 10, the first and second adsorbers 24, 26 are integrated into a cooling cycle, which is not illustrated in detail in figure 2, so that the regeneration energy that is supplied to the first and second adsorbers 24 26 during the regeneration phases can be taken from the cabin residual air that is removed from an aircraft cabin. System 10 may, as a result, be operated in a particularly energy efficient manner, so that overall aircraft level efficiency can be improved.
O primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 do sistema de resfriamento 10 são, ambos, conectados com um dispositivo de remoção de fluido 34, através do qual fluido F que é dessorvido a partir de um meio de adsorção 28 no primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 durante as fases de regeneração pode ser removido no estado gasoso a partir do primeiro e segundo adsorvedores 24, 26. O dispositivo de remoção de fluido 34 compreende uma primeira linha de remoção 36 que é conectado com o primeiro adsorvedor 24 bem como uma segunda linha de remoção 38 que é conectado com o segundo adsorvedor 26. Uma respectiva válvula 40, 42 para controlar a remoção de fluido do primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 é disposta na primeira e segunda linhas de remoção 36, 38.The first and second adsorbers 24, 26 of cooling system 10 are both connected with a fluid removal device 34, whereby fluid F which is desorbed from an adsorption medium 28 on first and second adsorbers 24, 26 during the regeneration phases can be removed in the gaseous state from the first and second adsorbers 24, 26. The fluid removal device 34 comprises a first removal line 36 which is connected with the first adsorber 24 as well as a second line. 38 which is connected with the second adsorber 26. A respective valve 40, 42 for controlling fluid removal of the first and second adsorber 24, 26 is disposed in the first and second removal lines 36, 38.
A primeira e a segunda linhas de remoção 36, 38 se abrem para dentro de uma linha de coleta de remoção 44 que é conectada com um resfriador 46. O fluido F que é removido do primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 durante as fases de regeneração do primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 é resfriado para uma temperatura desejada no resfriador 46.The first and second stripping lines 36, 38 open into a stripping collection line 44 which is connected with a chiller 46. Fluid F which is removed from the first and second adsorbers 24, 26 during the regeneration phases of the first and second adsorbers 24, 26 are cooled to a desired temperature in chiller 46.
Uma saída de fluido 48 do resfriador 46 é conectada através de uma linha de coleta de fornecimento 50 com linhas de fornecimento 52, 54, 56, através das quais fluido F que é resfriado no resfriador 46 pode ser conduzido para os evaporadores 14, 16, 18. Respectivas válvulas 58, 60, 62 são dispostas nas linhas de fornecimento 52, 54, 56 para controlar o fornecimento de fluido a partir do resfriador 46 para dentro dos evaporadores individuais 14, 16, 18. O sistema de resfriamento 10 que é mostrado na figura 3 e queA fluid outlet 48 from chiller 46 is connected via a supply collection line 50 with supply lines 52, 54, 56, through which fluid F which is cooled in chiller 46 may be conducted to evaporators 14, 16, 18. The respective valves 58, 60, 62 are arranged in the supply lines 52, 54, 56 to control the fluid supply from the cooler 46 into the individual evaporators 14, 16, 18. The cooling system 10 which is shown in figure 3 and that
pode ser igualmente utilizado para resfriar uma cozinha difere do sistema que é representado na figura 2 pelo fato de que ele é formado como um sistema semi-aberto. O sistema de resfriamento 10 de acordo com a figura 3 é em particular distinguido pelo fato de que ele é integrado em um sistema de fornecimento de água ou sistema de água residual, que não é ilustrado em detalhe, a bordo da aeronave. Para esta finalidade, água do sistema de fornecimento de água da aeronave é fornecida para os evaporadores 14, 16, 18 através da linha de coleta de fornecimento 50 e das linhas de fornecimento 52, 54, 56 como o fluido F que deve ser convertido para o estado gasoso de agregação nos evaporadores 14, 16, 18.can also be used to cool a kitchen differs from the system that is represented in figure 2 in that it is formed as a semi-open system. The cooling system 10 according to figure 3 is in particular distinguished by the fact that it is integrated into a water supply system or wastewater system, which is not illustrated in detail on board the aircraft. For this purpose, water from the aircraft water supply system is supplied to evaporators 14, 16, 18 via supply collection line 50 and supply lines 52, 54, 56 as fluid F to be converted to the gaseous state of aggregation in evaporators 14, 16, 18.
O primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 são conectados através do dispositivo de remoção de fluido 34 com o sistema de água residual da aeronave, por exemplo, um tanque de armazenagem de água. Caso contrário, a estrutura e o modo de operação do sistema de resfriamento 10 que é mostrado na figura 3 correspondem à estrutura e ao modo de operação do sistema de acordo com a figura 2.The first and second adsorbers 24, 26 are connected via fluid removal device 34 to the aircraft's wastewater system, for example a water storage tank. Otherwise, the structure and mode of operation of the cooling system 10 which is shown in figure 3 correspond to the structure and mode of operation of the system according to figure 2.
A figura 4 mostra uma aplicação especial de um sistema de resfriamento 10 no qual o evaporador 14 para receber o fluido F que deve ser evaporado é formado por um tanque de armazenagem de água, que é parte de um sistema dispensador de água potável para suprir os passageiros a bordo de uma aeronave com água potável resfriada. O evaporador 14 na forma de um tanque de armazenagem de água é conectado através de uma linha de fornecimento de água potável 64 com o sistema dispensador de água potável, que não é ilustrado em detalhe. Uma válvula 65 é disposta na linha de fornecimento de água potável 64 para controlar o fornecimento de água potável para dentro do evaporador 14 na forma de um tanque de armazenagem de água. O evaporador 14 na forma de um tanque de armazenagem de água também compreende uma torneira de água potável 66 para remover água potável resfriada. A remoção de água potável através da torneira de água potável 66 é controlada por meio de uma válvula 67.Figure 4 shows a special application of a cooling system 10 in which the evaporator 14 to receive the fluid F to be evaporated is formed by a water storage tank which is part of a drinking water dispensing system to supply the passengers on board an aircraft with cooled drinking water. Evaporator 14 in the form of a water storage tank is connected via a potable water supply line 64 with the potable water dispensing system, which is not illustrated in detail. A valve 65 is disposed in the potable water supply line 64 to control the supply of potable water into the evaporator 14 in the form of a water storage tank. Evaporator 14 in the form of a water storage tank also comprises a drinking water tap 66 for removing cooled drinking water. The removal of drinking water through the drinking water tap 66 is controlled by means of a valve 67.
O evaporador 14 é, em adição, conectado com um sistema de regulagem de pressão 68 que serve para regular a pressão no evaporador 14 na forma de um tanque de água potável. O sistema de regulagem de pressão 68 é conectado através de uma válvula 70 com o evaporador 14 e é, em adição, capaz de gerar tanto uma subpressão quanto uma sobrepressão no evaporador 14.The evaporator 14 is, in addition, connected with a pressure regulating system 68 which serves to regulate the pressure in the evaporator 14 in the form of a potable water tank. Pressure regulating system 68 is connected via a valve 70 to evaporator 14 and is, in addition, capable of generating both underpressure and overpressure in evaporator 14.
O primeiro e segundo adsorvedores 24, 26 do sistema de resfriamento 10 são conectados através do dispositivo de remoção de fluido 34 com o sistema de água residual da aeronave, como no caso do sistema que é mostrado na figura 3.The first and second adsorbers 24, 26 of cooling system 10 are connected via fluid removal device 34 with the aircraft wastewater system, as in the case of the system shown in figure 3.
O modo de operação do sistema de resfriamento 10 que é mostrado na figura 4 é ilustrado a seguir. Quando a água potável que é recebida no evaporador 14 na forma de um tanque de armazenagem de água potável tiver atingido a desejada temperatura de dispensa fria, o evaporador 14 é mantido em uma sobrepressão por meio do sistema de regulagem de pressão 68, de modo que a pressão de fornecimento que é requerida para remoção da água potável a partir do evaporador 14 é disponível na torneira de água potável 66.The mode of operation of the cooling system 10 which is shown in figure 4 is illustrated below. When the drinking water that is received in the evaporator 14 in the form of a drinking water storage tank has reached the desired cold dispensing temperature, the evaporator 14 is maintained at an overpressure through the pressure regulating system 68 so that The supply pressure that is required to remove drinking water from the evaporator 14 is available at the drinking water tap 66.
Se, por outro lado, a temperatura da água potável no evaporador 14 exceder a desejada temperatura de descarga, uma subpressão é gerada no evaporador 14 por meio do sistema de regulagem de pressão 68, de modo que água potável que é recebida no evaporador 14 pode ser convertida para o estado gasoso de agregação. A energia de resfriamento que é liberada no processo pode ser usada para resfriar a água potável remanescente no evaporador 14. Caso contrário, a estrutura e o modo de operação do sistema de resfriamento 10 de acordo com a figura 4 correspondem à estrutura e ao modo de operação do sistema de resfriamento que é mostrado na figura 3.If, on the other hand, the drinking water temperature in the evaporator 14 exceeds the desired discharge temperature, an underpressure is generated in the evaporator 14 through the pressure regulating system 68, so that drinking water that is received in the evaporator 14 can be converted to the gaseous state of aggregation. The cooling energy that is released in the process can be used to cool the remaining drinking water in the evaporator 14. Otherwise, the structure and mode of operation of the cooling system 10 according to figure 4 correspond to the structure and mode of operation. cooling system operation shown in figure 3.
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