air cycle refrigeration system (us4430867)

8/12/2019 Air Cycle Refrigeration System (US4430867)

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United S t a t e s Patent [ 1 9 1 [ 1 1 1 4 , 4 3 0 , 8 6 7W a r n e r [ 4 5 ] F e b . 1 4 , 1 9 8 4[ 5 4 ] A I R CYCLE REFRIGERATION SYSTEM 3 , 0 9 7 , 5 0 8 7 / 1 9 6 3 L e e c h e a t l a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 / 4 0 2

, l65 903 l/ 965 Roc t . . . . . . . . . . . . . .. 2/172[ 7 5 ] I n v e n t o r : John L . W a r n e r , s l m s b l l l y , Conn. 3 , 1 7 7 , 6 7 9 4 / 1 9 6 5 Q u i c k e t a ] . _ 6 2 / 1 7 2- . - - - 3,208,234 9/1965 Messinger 62/402[ 7 3 ] A s s l g n e e ' g m r t t i g r g e i l j g g r g l e s Cmmmn 3 , 3 2 6 , 1 0 9 6 / 1 9 6 7 M a r k h a m . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 / 4 0 2

3 3,355,905 12/1967 Berhold e t a l . . . . . . 62/172[ 2 1 ] A p p ] _ N o _ ; 2 9 5 , 2 9 9 3 , 4 2 8 , 2 4 2 2 / 1 9 6 9 R a n n e n b e r g . . . . . . 6 2 / 4 0 2

_ 3 587 243 6 1971 Keller . . . . . . . . . t . . .. 62 402[22] Flled: Aug. 24, 1981 3,877,246 4/ 975 Leeste . . . . . . . . . . . . . . 62/402[ 5 1 ] I n t C l F25D /00 4 , 0 1 8 , 0 6 0 4/1977 Kmsell e t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62/172[ 5 2 ] U S . C l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 / 4 0 2 ; P r i m a ' y E x a m i n e r _ _ R o n a l d C _ c a p o s s e l a

Attorne , A n t , 0rF m-Joh S tech[ 5 8 ] F i e l d O f Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62/86, 87,402, 1 1 3 , y g ' r 6 2 / 5 1 3 , 1 7 2 [ 5 7 ] ABSTRAC T[ 5 6 ] R e f e r e n c e s C i t e d A n i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m ( 1 0 ) f o r c o o l i n g a n d

UsPATENT DOCUMENTS v e n t i l a t i n g a n e n c l o s u r e s u c h a s a n a i r c r a f t c a b i n ( 1 5 )i n c l u d e s a c i r c u l a t i o n h e a t e x c h a n g e r ( 1 4 5 ) f o r a b s o r bg e t l f e l e t a 1 i n g h e a t f r o m a i r w i t h i n t h e c a b i n , a s i n k h e a t e x c h a n g e r

2 8 0 O 0 0 2 7 / 1 9 5 7 5 ; _ _ _ _ _ _ u 62m m ( 1 2 0 ) f o r d e l i v e r i n g t h e h e a t a b s o r b e d f r o m t h e c a b i n a i r2 : 8 0 9 : 7 l 4 1 0 / 1 9 5 7 S i m s , J r . e t . . . . . . . 6 2 / 4 0 2 t o e x h a u s t a i r from t h e S y s t e m ' s t u r b i n e ( 8 0 ) and f o r2,829,505 4/1953 Dates, 1 : , _ _ _ , _ , _ _ _ _ _ _ . , 62/402 melting ice in t h e exhaust i r . A eat exchange liquid2 , 8 6 7 , 9 8 9 1 / 1 9 5 9 McGuff . . . . . 6 2 / 4 0 2 c i r c u l a t e s t h r o u g h b o t h h e a t e x c h a n g e r s i n a s i n g l e l o o p2 , 3 7 2 , 3 3 5 ; 2 / g o d l g e 6 2 5 5 ; 1 0 0 ) . T h e c i r c u l a t i o n h e a t e x c h a n g e r ( 1 4 5 ) m a y b e3 , 9 3 5 0 % 1 3 1 9 6 0 E g g ? 1 5 2 / 1 0 2 l o c a t e d i n t h e i n t e r i o r o f t h e c a b i n 1 5 ) .2 : 9 7 9 : 9 1 6 4 / 1 9 6 1 M a s o n 6 2 / 1 7 22 , 9 9 2 , 5 4 2 7 / 1 9 6 1 A r t h u r . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 / 4 0 2 2 C l a i m s , 2 Drawing F i g u r e s

RAM I R I N


2/6

US. Patent F e b . 1 4 , 1 9 8 4 S h e e t 1 o f 2 4,430,867

2 -E m


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US. Patent F e b . 1 4 , 1 9 8 4 S h e e t 2 o f 2 4,430,867


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4 , 4 3 0 , 8 6 71A I R C Y C L E R E F R I G E R A T I O N S Y S T E M

D E S C R I P T I O N1 . T e c h n i c a l F i e l dT h i s i n v e n t i o n r e l a t e s t o t u r b i n e d r i v e n a i r c y c l e

r e f r i g e r a t i o n s y s t e m s f o r p r o v i d i n g c o o l i n g a i r t o a l o a dsuch a s an a i r c r a f t c a b i n or s i m i l a r e n c l o s u r e and m orep a r t i c u l a r l y t o s u c h a r e f r i g e r a t i o n s y s t e m w h e r e i n t h es y s t e m s t u r b i n e d i s c h a r g e s a t s u b f r e e z i n g t e m p e r a t u r e sand l o a d a i r i s employed t o e l i m i n a t e i c e i n t h e t u r b i n ed i s c h a r g e a n d c o l l a t e r a l d o w n s t r e a m a i r h a n d l i n g a p p ar a t u s .2 . B a c k g r o u n d A r tT h e c o s t and a v a i l a b i l i t y o f f u e l a r e c r i t i c a l f a c t o r s i nt h e o p e r a t i o n o f a i r c r a f t a n d t h e r e f o r e , i m p r o v e d e f ?c i e n c y o f o p e r a t i o n o f a i r c r a f t s y s t e m s i s c o n t i n u a l l ya f t e r t o m i n i m i z e f u e l r e q u i r e m e n t s . I n modern t r a n sp o r t a i r c r a f t , o n e o f t h e s y s t e m s which c o n s u m e s s i g n i ?c a n t power and t h e r e f o r e c o n t r i b u t e s s u b s t a n t i a l l y t of u e l demand s t h e a i r c y c l e e n v i r o n m e n t a l c o n t r o l s y st e m . A a j o r o b s t a c l e t o t h e o p t i m i z a t i o n o f t h e e f ?c i e n c y o f t h e a i r c y c l e s y s t e m h a s b e e n t h e c l o g g i n g o fs y s t e m h e a t e x c h a n g e r s , d u c t i n g a n d t h e l i k e b y i c eb u i l d u p d o w n s t r e a m o f t h e s y s t e m s e x p a n s i o n t u r b i n eo u t l e t . S u c h i c e l i m i t s t h e minimum t u r b i n e d i s c h a r g ea i r t e m p e r a t u r e a n d c o n s e q u e n t l y , t h e maximum s u p p l yp r e s s u r e o f t h e s y s t e m . S i n c e s y s t e m e f ? c i e n c y i sr o u g h l y p r o p o r t i o n a l t o s u p p l y p r e s s u r e , s u c h i c i n gn e c e s s a r i l y l i m i t s t h e e f ? c i e n c y o f t h e s y s t e m .

I c i n g p r o b l e m s h a v e b e e n e l i m i n a t e d t o a s i g n i ? c a n td e g r e e b y p r o v i d i n g t h e s y s t e m w i t h a c o n d e n s i n g h e a te x c h a n g e r d o w n s t r e a m o f t h e t u r b i n e e x h a u s t . The h e a te x c h a n g e r i s f e d w i t h a m i x t u r e o f c h i l l e d t u r b i n e e xh a u s t a i r and warmer c a b i n ( l o a d ) r e c i r c u l a t i o n a i rwhich m e l t s a n y i c e i n t h e t u r b i n e e x h a u s t a i r . T h em i x t u r e i s c o o l enough t o c o n d e n s e w a t e r i n a t u r b i n ei n l e t a i r s t r e a m a l s o h a n d l e d by t h e c o n d e n s i n g h e a te x c h a n g e r . T h e c o n d e n s e d w a t e r i s e l i m i n a t e d from t h es y s t e m , t h e r e b y m i n i m i z i n g i c i n g i n t h e t u r b i n e e x h a u s tf o r e n h a n c e d e f ? c i e n c y . M i x t u r e o f t h e l o a d r e c i r c u l at i o n a i r w i t h t h e t u r b i n e e x h a u s t a i r a s s u r e s t h a t i c em e l t i n g i s a c h i e v e d w i t h no o s s i n t o t a l l o a d v e n t i l a t i o na i r ? o w . T h i s s y s t e m i s c u r r e n t l y m a n u f a c t u r e d a n ds o l d b y H a m i l t o n S t a n d a r d D i v i s i o n o f U n i t e d T e c h n o lo g i e s u n d e r t h e t r a d e m a r k R e c i r c a i r a n d i s d e s c r i b e df u l l y i n U S . P a t . No. 4 , 2 0 9 , 9 9 3 to R a n n e n b e r g . T h i ss y s t e m s h a l l be u s e d on t h e S a a b - F a i r c h i l d 3 4 0 andD e H a v i l l a n d DHC-8 a i r c r a f t .W h i l e t h e s y s t e m d e s c r i b e d i n t h e a b o v e - n o t e d Rann e n b e r g p a t e n t p e r f o r m s e f f i c i e n t l y a n d e f f e c t i v e l y i ns u c h a i r c r a f t , a means f o r p r o v i d i n g t h e h i g h - e f ? c i e n c yp e r f o r m a n c e f e a t u r e s o f c a b i n a i r r e c i r c u l a t i o n t o p r ev e n t i c i n g downstream o f t h e t u r b i n e t o a i r c r a f t o f d es i g n s which do n o t l e n d t h e m s e l v e s t o t h e Rannenbergsystem was s o u g h t . Also sought was a means t o p r o v i d em o i s t u r e r e m o v a l i n t h e c a b i n a i r c i r c u l a t i o n s t r e a m . I na c h i e v i n g t h e s e two g o a l s , i t was s o u g h t t o make t h es y s t e m compact f o r e a s e i n i n s t a l l a t i o n on e x i s t i n g t r a n sp o r t a i r c r a f t a n d c a p a b l e o f p r o v i d i n g f r e s h a i r ( w i t h o u tc a b i n a i r r e c i r c u l a t i o n ) t o s e l e c t e d c a b i n c o m p a r t m e n t s .

D I S C L O S U R E OF INVENTIONI t i s an o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o p r o v i d e ani m p r o v e d a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m o f e n h a n c e d

e f ? c i e n c y d u e t o o p e r a t i o n a t s u b z e r o t u r b i n e e x h a u s ta i r t e m p e r a t u r e s .

2 5

30

40

5 0

6 0

2I t i s a n o t h e r o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o p r ov i d e a n i m p r o v e d a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m o f e nh a n c e d c o m p a c t ne s s a n d e m p l o y i n g c a b i n h e a t f o r i c er e m o v a l i n t h e s y s t e m s t u r b i n e e x h a u s t .I t i s a n o t h e r o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o p r ov i d e s u c h a n a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m w h i c h i se a s i l y a d a p t a b l e t o a v a r i e t y o f t r a n s p o r t a i r c r a f t d es i g n s .I t i s a n o t h e r o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o p r o :v i d e s u c h a n a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m w i t h a c a p ab i l i t y f o r w a t e r v a p o r r e m o v a l i n t h e c a b i n a i r c i r c u l at i o n s t r e a m .I t i s a n o t h e r o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o p r ov i d e s u c h a n a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m c a p a b l e o fs u p p l y i n g f r e s h a i r ( w i t h o u t c ab i n a i r r e c i r c u l a t i o n ) t os e l e c t e d c a b i n c o m p a r t m e n t s .I n a c c o r d a n c e w i t h t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a n a i r c y c l er e f r i g e r a t i o n system i s provided with a l o a d a i r c i r c u l a -t i o n h e a t e x c h a n g e r w h i c h a b s o r b s h e a t f r o m t h e l o a d( c a b i n ) a n d a s i n k h e a t e x c h a n g e r which e x p e l s t h e l o a dh e a t t o t h e s y s t e m s t u r b i n e e x h a u s t w i t h a n a t t e n d a n tm e l t i n g o f i c e i n t h e e x h a u s t a i r s t r e a m . T he two h e a te x c h a n g e r s a r e m a i n t a i n e d i n h e a t t r a n s f e r r e l a t i o n s h i pt o e a c h o t h e r by a c l o s e d l o o p o f l i q u i d h e a t e x c h a n g ef l u i d c i r c u l a t i n g t h r o u g h b o t h h e a t e x c h a n g e r s , t h el i q u i d h e a t e x c h a n g e f l u i d a b s o r b i n g h e a t f r o m t h e s y st e m s l o a d a n d d e l i v e r i n g t h a t h e a t t o t h e t u r b i n e e xh a u s t . The l i q u i d h e a t e x c h a n g e ? u i d l o o p a l l o w s s u c hh e a t t r a n s f e r from t h e l o a d t o t h e t u r b i n e e x h a u s t w i t ho u t p e n e t r a t i o n o f a n y c a b i n b u l k h e a d s by t h e r e l t i v e l yl a r g e d i a m e t e r a i r d u c t i n g e m p l o y e d i n c h a n n e l i n gc a b i n r e c i r c u l a t i o n a i r t o t h e t u r b i n e e x h a u s t . I n t h ep r e f e r r e d e m b o d i m e n t , a c o n d e n s e r h e a t e x c h a n g e r i se m p l o y e d u p s t r e a m o f t h e s y s t e m s t u r b i n e f o r a b s o r bi n g h e a t f r o m t h e t u r b i n e i n l e t a i r . T he l i q u i d h e a t e xc h a n g e ? u i d a l s o c i r c u l a t e s t h r o u g h t h e c o n d e n s e r h e a te x c h a n g e r f o r c o o l i n g t h e t u r b i n e i n l e t a i r f o r t h e c o nd e n s a t i o n a n d u l t i m a t e r e m o v a l o f w a t e r v a p o r t h e r ef r o m .O t h e r o b j e c t s a n d a d v a n t a g e s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o nw i l l become more r e a d i l y a p p a r e n t f r o m t h e f o l l o w i n gd e t a i l e d d e s c r i p t i o n t a k e n i n c o n n e c t i o n w i t h t h e a cc o m p a n y i n g c l a i m s a n d d r a w i n g .

B R I E F DESCRIPTION OF THE DRAWINGFIG. 1 i s a s c h e m a t i c d i a g r a m o f a p r e f e r r e d embodim e n t o f t h e a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m o f t h e p r e s e n t

invention. F I G . 2 i s a s c h e m a t i c diagram o f a n a l t e r n a t e embodim e n t o f t h e s y s t e m o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .BEST MODE OF CARRYING OUT THEINVENTION

R e f e r r i n g t o F I G . 1 , t h e a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e mo f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s shown g e n e r a l l y a t 1 0 , emp l o y e d i n t h e c o o l i n g a n d p r e s s u r i z i n g o f a l o a d s u c h a sa n a i r c r a f t c a b i n o r s i m i l a r e n c l o s u r e 1 5 , which s s e p ar a t e d b y b u l k h e a d 1 7 f r o m a n u n p r e s s u r i z e d r e g i o n 1 8 i nw h i c h t h e s y s t e m s t u r b o - c o m p r e s s o r u n i t i s l o c a t e d .The s y s t e m i s s u p p l i e d w i t h a i r , s u c h a s b l e e d a i r f r o mt h e c o m p r e s s o r s e c t i o n o f t h e g a s t u r b i n e e n g i n et h r o u g h i n l e t l i n e 2 0 , t h e ?ow t h r o u g h l i n e 2 0 b e i n gc o n t r o l l e d by v a l v e o r f l o w c o n t r o l l e r 2 5 . V a l v e 2 5 m a ybe of any known type such a s a ?apper o r butter?yv a l v e . The s u p p l y a i r s t r e a m i s s p l i t downstream o fv a l v e 2 5 , a p o r t i o n o f t h e s t r e a m b e i n g c h a n n e l e d b yc o n d u i t 2 7 t h r o u g h z o n e t r i m v a l v e 3 0 , f o r s u p p l y t o t h ec a b i n a l o n g w i t h t h e o u t p u t o f t h e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m


5/6

4 , 4 3 0 , 8 6 73e x h a u s t e d t h e r e f r o m t h r o u g h l i n e 3 5 . T h e r e m a i n d e r o ft h e i n l e t a i r i s channeled through a primary h e a t e xc h a n g e r 4 0 t h ro u g h l i n e 4 5 . I n p r i m a r y h e a t e x c h a n g e r4 0 , t h e s u p p l y a i r i s c o o l e d by a f l o w o f a m b i e n t a i r s u c ha s e n g i n e ram a i r . T h e s u p p l y a i r s t r e a m i s t h e n s p l i t , ap o r t i o n t h e r e o f b e i n g c h a n n e l e d t h r o u g h l i n e 5 0 t o t h er e f r i g e r a t i o n s y s t e m s c o m p r e s s o r 5 3 where t h e a i r i scompressed with a r e s u l t a n t h e a t i n g t h e r e o f . T h e c o mp r e s s e d a i r i s t h e n c o o l e d b y f l o w t h r o u g h s e c o n d ar yh e a t exchanger 5 5 by means of i n e 6 0 . T h e compresseda i r i s c o o l e d i n t h e s e c o n d a r y h e a t exchanger b y ambie n t a i r such a s t h e e n g i n e ram a i r d e s c r i b e d h e r e i n ~a b o v e . As s h o w n , p r i m a r y a n d s e c o n d a r y h e a t e x c h a n ge r s 4 0 and 5 5 m a y b e housed i n a s i n g l e u n i t , ram a i rb e i n g s u p p l i e d t o t h a t u n i t t h r o u g h i n l e t 6 5 . Upon d i sc h a r g e f r o m h e a t e x c h a n g e r s 4 0 a n d 5 5 , t h e ram a i r i sc h a n ne l e d t h r o u g h d u c t 7 0 , a t t h e t e r m i n a t i o n o f whicha f a n 7 5 m a y be provided t o enhance and m a i n t a i n t h ec o n t i n u i t y o f a i r f l o w t h r o u g h t h e h e a t e x c h a n g e r s . Fan7 5 i s d r i v e n w i t h c o m p r e s s o r 5 3 by t h e s y s t e m s e x p a ns i o n t u r b i n e 8 0 . A ?ow o n t r o l v a l v e 8 5 d i s p o s e d i n f a no u t l e t d u c t 9 0 m a y b e employed t o c o n t r o l t h e f l o w o fc o o l i n g a i r t h r o u g h h e a t e x c h a n g e r s 4 0 a n d 5 5 . Fromh e a t e x c h a n g e r 5 5 , t h e s y s t e m a i r f l o w i s c h a n n e l e dt h r o u g h c o n d e n s i n g h e a t e x c h a n g e r ( c o n d e n s e r ) 9 5where t h e a i r i s c o o l e d by a ? o w t h r o u g h t h e c o n d e n s e ro f a l i q u i d h e a t exchange f l u i d such a s water o r a g l y c o lw a t e r s o l u t i o n c i r c u l a t i n g t h r o u g h c o n d u i t o r c l o s e dl o o p 1 0 0 . C o o l i n g o f t h e s y s t e m a i r f l o w i n c o n d e n s e r 9 5c a u s e s t h e c o n d e n s a t i o n o f water vapor i n t h e a i r flowb e f o r e t h e ?o w e n t e r s t h e t u r b i n e , t h e c o n d e n s a t e b e i n gc o l l e c t e d i n water c o l l e c t o r 1 0 5 . F r o m water c o l l e c t o r1 0 5 t h e a i r i s c h a n n e l e d t h r o u g h d u c t 1 1 0 t o t u r b i n e 8 0where t h e a i r i s expanded w i t h a r e s u l t a n t c o o l i n gt h e r e o f t o t e m p e r a t u r e s i n , f o r e x a m p l e , t h e n e i g h b o rhood o f - 3 5 F . T h e s y s t e m a i r f l o w i s e x h a u s t e d fromt u r b i n e 8 0 t h r o u g h c o n d u i t 1 1 5 a n d s i n k h e a t e x c h a n g e r1 2 0 where h e a t i s a b s o r b e d b y t h e t u r b i n e d i s c h a r g e a i rf r o m t h e h e a t e x c h a n g e l i q u i d i n l o o p 1 0 0 . From s i n ke x c h a n g e r 1 2 0 , t h e t u r b i n e e x h a u s t a i r i s d u c t e d t h r o u g hc o n d u i t 3 5 t o t h e j u n c t i o n o f c o n d u i t s 2 7 and 3 5 wheret h e e x h a u s t a i r i s mixed w i t h i n l e t ( b l e e d ) a i r f o r a d m i ss i o n t o t h e c a b i n f o r t h e p r e s s u r i z a t i o n a n d c o o l i n gt h e r e o f . Zone t r i m v a l v e 30 a d m i t s t h e proper amounto f i n l e t a i r t o t h e c a b i n i n r e s p o n s e t o a t h e r m o s t a t ( n o tshown) l o c a t e d i n t h e c a b i n f o r t e m p e r i n g t h e t u r b i n ee x h a u s t a i r i n c o n d u i t 3 5 t o t h e r e q u i r e d t e m p e r a t u r e .T h a t p o r t i o n o f t h e i n l e t a i r c o o l e d i n p r i m a r y h e a te x c h a n g e r 4 0 , which i s n o t d u c t e d t o t h e c o m p r e s s o rt h r o u g h l i n e 5 0 i s c h a n n e l e d t o t e m p e r a t u r e c o n t r o lv a l v e 1 2 5 , o p e r a t e d b y a s u i t a b l e a c t u a t o r ( n o t s h o w n )which r e c e i v e s an i n p u t s i g n a l from t e m p e r a t u r e s e n s o r1 3 0 l o c a t e d downstream o f s i n k h e a t e x c h a n g e r 1 2 0 i nconduit 1 1 5 . Sens or 130 i s s e t a t a temperature such a s ,f o r e x a m p l e , 3 5 F . ( 2 C . ) t o p r e v e n t i c i n g a t b o t h h e a te x c h a n g e r 1 2 0 and t h e i n l e t t o t h e c a b i n .T h e c a b i n i s p r o v i d e d w i t h a r e c i r c u l a t i o n f a n 1 3 5which draws a i r through a ? l t e r 140 t o a c a b i n a i r c i r c ul a t i n g h e a t e x c h a n g e r 1 4 5 , t h r o u g h w h i c h t h e l i q u i dh e a t e x c h a n g e f l u i d c i r c u l a t i n g i n c o n d u i t 1 0 0 a l s of l o w s . T he h e a t e x c h a n g e f l u i d c o o l s t h e c a b i n a i r , t h eh e a t a b s o r b e d b y t h e h e a t e x c h a n g e f l u i d i n e x c h a n g e r1 4 5 b e i n g u l t i m a t e l y r e j e c t e d t o t h e t u r b i n e e x h a u s t a i rs t r e a m i n h e a t exchanger 120 i n t h e manner d e s c r i b e dh e r e i n a b o v e t o d i s p o s e o f t h a t h e a t a n d t o p r e v e n t i c i n gi n t h e e x h a u s t a i r s t r e a m . C o o l i n g o f c a b i n a i r i n h e a te x c h a n g e r 1 4 5 r e s u l t s i n c o n d e n s a t i o n o f w a t e r vaport h e r e i n , t h i s c o n d e n s at i o n b e i n g removed f r o m t h e h e a t

5

2 0

2 5

3 0

40

4 5

60

6 5

4e x c h a n g e r by w a t e r c o l l e c t o r 1 5 0 . S t a l e c a b i n a i r i sv e n t e d t h r o u g h a c a b i n p r e s s u r e r e g u l a t o r 1 5 5 .S u m m a r i z i n g t h e o p e r a t i o n o f h e a t e x c h a n g e r s 9 5 ,1 2 0 a n d 1 4 5 , l i q u i d h e a t e x c h a n g e ? u i d c i r c u l a t e dt h r o u g h l o o p 1 0 0 , a b s o r b s h e a t i n h e a t e x c h a n g e r s 9 5and 1 4 5 t o c o o l t u r b i n e i n l e t flow and c a b i n c i r c u l a t i o nf l o w , r e s p e c t i v e l y , a n d r e j e c t s h e a t i n s i n k h e a t e xc h a n g e r 1 2 0 warming t h e t u r b i n e e x h a u s t , t h e r e b y p r ev e n t i n g i c i n g . I n t h i s r e g a r d , t h e a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o nsystem o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n performs a f u n c t i o ns i m i l a r t o t h a t of t h e system d i s c l o s e d i n t h e abo venotedRannenberg p a t e n t . However, i t i s n o t e d t h a t i n t h es y s t e m o f t h a t p a t e n t , c a b i n a i r i s a c t u a l l y d u c t e d t o t h et u r b i n e e x h a u s t a i r c o n d u i t f o r m i x t u r e w i t h t h a t a i r a n df l o w t h r o u g h a c o n d e n s i n g h e a t e x c h a n g e r . I t w i l l b ea p p r e c i a t e d t h a t s u c h c a b i n a i r r e c i r c u l a t i o n ?ow e c e ss a r i l y r e q u i r e s p e n e t r a t i o n o f t h e b u l k h e a d b y a r e c i r c ul a t i o n a i r c o n d u i t, g e n e r al l y i n t h e n e i g h b o r h o o d o f 2 0s q u a r e i n c h e s i n a c r o s s s e c t i o n . While t h i s p e n e t r a t i o nm a y b e u n o b j e c t i o n a b l e where t h e a i r c r a f t a n d i t s c a b i na r e d e s i g n e d i n c o n t e m p l a t i o n o f s u c h a n a i r c y c l e r ef r i g e r a t i o n s y s t e m , i t w i l l b e s e e n t h a t c a b i n s o f e x i s t i n ga i r c r a f t n o t d e s i g n e d w i t h s u c h a s y s t e m i n mind m a y b eu n a d a p t a b l e t o b u l k h e a d p e n e t r a t i o n by two a i r cond u i t s o f s u c h c r o s s s e c t i o n .However, w i t h t h e s y s t e m o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , i ti s s e e n t h a t t h e s i n g l e h e a t e x c h a n g e ? u i d l o o p o p e r a t i n gt h r o u g h h e a t e x c h a n g e r s 9 5 , 1 2 0 a n d 1 4 5 a l l o w s h e a te x c h a n g e r 1 4 5 t o b e l o c a t e d i n t e r n a l l y o f t h e c a b i n w i t hf a n 1 3 5 , c i r c u l a t i n g a i r w i t h i n t h e c a b i n w i t h o u t a n y a i rd u c t c o n n e c t i o n s o f t h e c a b i n w i t h t h e r e f r i g e r a t i o ns y s t e m o t h e r t h a n t h a t t h r o u g h w h i c h s y s t e m e x h a u s ts i r i s a d m i t t e d t o t h e c a b i n . Cabin a i r i s c i r c u l a t e d e nt i r e l y w i t h i n t h e c a b i n , a n d t h e r e f o r e , t h e b u l k h e a d i sp e n e t r a t e d b y o n l y a s i n g l e a i r d u c t a n d t h e l i q u i d l i n e so f l o o p 1 0 0 which l i n e s a r e t y p i c a l l y on t h e o r d e r o fo n l y 2 s q u a r e i n c h e s i n c r o s s s e c t i o n . F u r t h e r m o r e ,l o c a t i o n o f h e a t e x c h a n g e r 1 4 5 i n t h e c a b i n a l l o w s dehum i d i ? c a t i o n o f c a b i n a i r w i t h i n t h e c a b i n i n a d d i t i o n t ot h e d e h u m i d i ? c a t i o n downstream o f c o n d e n s i n g h e a te x c h a n g e r 9 5 f o r e n h a n c e d h u m i d i t y c o n t r o l . The s y stem o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s a l s o r e a d i l y a d a p t a b l e t om a n u f a c t u r e i n a s i n g l e u n i t o r p a c k w i t h p r i m a r y a n ds e c o n d a r y h e a t e x c h a n g e r s 4 0 a n d 5 5 , c o m p r e s s o r 5 3and t u r b i n e 8 0 , s i n c e h e a t e x c h a n g e r s 9 5 and 1 2 0 , e mp l o y i n g a l i q u i d h e a t e x c h a n g e f l u i d m ay b e made q u i t ecompact f o r e a s e i n accommodation w i t h r e m a i n i n gs y s t e m h a r d w a r e . I n t h i s r e g a r d , h e a t e x c h a n g e r 1 2 0may be m a d e s o compact a s t o f i t within a standards y s t e m e n v e l o p e b e t w e e n t h e t u r b i n e e x h a u s t p o r t a n dt e m p e r a t u r e s e n s o r 1 3 0 i n c o n d u i t 1 1 5 . T h e a i r c y c l er e f r i g e r a t i o n s y s t e m o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s a l s op a r t i c u l a r l y w e l l a d a p t e d t o a i r c r a f t w h e r e i n comp l e t e l y f r e s h a i r i s r e q u i r e d t o b e s u p p l i e d t o a c a b i ncompartment s u c h a s t h e c o c k p i t . With t h e s y s t e m o ft h e p r e s e n t i n v e n t i o n , s u c h f r e s h c o c k p i t a i r c a n b er e a d i l y t a p p e d o f f l i n e 3 5 w i t h o u t a n y l o s s o f s y s t e mp e r f o r m a n c e s u c h a s , f o r e x a m p l e , l o s s o f v e n t i l a t i o ndue t o t h e u t i l i z a t i o n o f c a b i n air t o warm h e f r e s ht u r b i n e e x h a u s t a i r s u f f i c i en t l y f o r c o c k p i t u s e .

R e f e r r i n g t o F I G . 2 , a n a l t e r n a t e embodiment o f t h ea i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i ss h o w n , c o r r e s p o n d i n g c o m p o n e n t s i n FIGS . 1 a n d 2b e i n g r e f e r e n c e d b y t h e same n u m e r a l . I n F I G . 2 , cond e n s i n g h e a t e x c h a n g e r 9 5 a n d w a t e r c o l l e c t o r 1 0 5 a r ee l i m i n a t e d , a i r f l o w t h r o u g h l i n e 6 0 b e i n g fed d i r e c t l y t ot h e t u r b i n e t h r o u g h s e c o n d a r y h e a t e x c h a n g e r 5 5 . I tw i l l b e u n d e r s t o o d , o f c o u r s e , t h a t t h e s y s t e m a i r e x


6/6

4 , 4 3 0 , 8 6 75panded by t u r b i n e 8 0 w i l l have much more w a t e r v a p o re n t r a i n e d t h e r e i n t h a n i f c o n d e n s i n g h e a t e x c h a n g e r 9 5h a d b e e n em p l o y e d . H o w e v e r , s i n k h e a t e x c h a n g e r 1 2 0warms t h e t u r b i n e e x h a u s t ? o w t h r o u g h c o n d u i t 1 1 5s u f f i c i e n t l y t o m e l t t h e i c e i n t h a t f l o w , t h e r e b y p r e v e n ti n g i c i n g w i t h i n l i n e 1 1 5 a n d h e a t e x c h a n g e r 1 2 0 . I c i n ga t t h e t u r b i n e e x h a u s t i t s e l f i s p r e v e n t e d b y t h e c l o s ep r o x i m i t y t h e r e t o o f s i n k h e a t e x c h a n g e r 1 2 0 . Them e l t e d i c e i s removed f r o m t h e a i r s t r e a m b y w a t e rs e p a r a t o r 1 6 0 o f a n y known v a r i e t y s u c h a s a c e n t r i f u g a ls e p a r a t o r o r one employing k n o w n c o a l e s c e r s such a s ac o a l e s c i n g c l o t h o r t h e l i k e . I t w i l l b e u n d e r s t o o d t h a tt h e e l i m i n a t i o n o f c o n d e n s i n g h e a t e x c h a n g e r 9 5 d o e sn o t d e t r a c t f r o m t h e p r e s e n t i n v e n t i o n . T h a t i s , e n ~h a n c e d h u m i d i t y c o n t r o l b y t h e r e m o v a l o f w a t e r v a p o rf r o m c a b i n a i r i s u n a f f e c t e d . L i k e w i s e , t h i s a l t e r n a t es y s t e m r e q u i r e s n o p e n e t r a t i o n o f c a b i n b u l k h e a d s b y a i rd u c t s o t h e r t h a n t h a t t h r o u g h w h i c h s y s t e m e x h a u s t a i ri s a d m i t t e d t o t h e c a b i n , t h e o n l y o t h e r p e n e t r a t i o nb e i n g b y t h e l i n e s o f h e a t e x c h a n g e ? u i d l o o p 1 0 0 . F u rt h e r m o r e , t h e c o m p a c t n e s s o f t h e s y s t e m i s m a i n t a i n e dand t h e s y s t e m m a y b e e v e n more a d a p t a b l e t o e x i s t i n ga i r c r a f t t h a n t h a t shown n F I G . 1 s i n c e w a t e r s e p a r a t o r1 6 0 may, i n so me i n s t a n c e s , be more r e a d i l y acco m m od a t e d i n t h e s y s t e m e n v e l o p e t h a n t h e c o n d e n s i n g h e a te x c h a n g e r 9 5 . A s i n t h e embodiment shown n FIG. 1 ,v e n t i l a t i o n o f a p a r t i c u l a r c a b i n compartment c a n b et a p p e d o f f l i n e 3 5 a n y w h e r e a l o n g t h e l e n g t h t h e r e o f .H a v i n g t h u s d e s c r i b e d t h e i n v e n t i o n , w h a t s c l a i m e di s : 1 . A n i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m w h e r e i n p r e s s u ri z e d a i r i s r e c e i v e d b y s a i d s y s t e m , e x p a n d e d a n d c o o l e di n a t u r b i n e a n d e x h a u s t e d t h r o u g h a n o u t l e t o f s a i d

2 0

25

3 5

45

50

5 5

6 0

6 5

6t u r b i n e t o a n e n c l o s u r e , s a i d s y s t e m i n c l u d i n g means f o rc i r c u l a t i n g a i r w i t h i n s a i d e n c l o s u r e a n d b e i n g c h a r a ct e r i z e d b y :a c i r c u l a t i o n h e a t e x c h a n g e r c o m m u n i c a t i n g w i t hs a i d e n c l o s u r e a i r f o r a b s o r b i n g h e a t t h e r e f r o m ;

a s i n k h e a t exchanger communicating w i t h s a i d t u r -b i n e e x h a u s t a i r f o r d e l i v e r i n g h e a t t h e r e t o ;a c o n d e n s i n g h e a t e x c h a n g e r c o m m u n i c a t i n g u ps t r e a m o f s a i d t u r b i n e w i t h t u r b i n e i n l e t a i r f o ra b s o r b i n g h e a t t h e r e f r o m ; anda l i q u i d h e a t e x c h a n g e medium c i r c u l a t i n g i n a c l o s e dl o o p t h r o u g h s a i d c i r c u l a t i o n a n d s i n k h e a t e xc h a n g e r s , s a i d l i q u i d medium t r a n s f e r r i n g h e a t a bs o r b e d from s a i d e n c l o s u r e a i r t o s a i d t u r b i n e e xh a u s t f o r t h e s i m u l t a n e o u s c o o l i n g o f a i d e n c l o s u r ea i r a n d warming s a i d t u r b i n e e x h a u s t f o r t h e m e l t ~i n g o f i c e t h e r e i n , s a i d l i q u i d h e a t e x c h a n g e med i u m c i r c u l a t i n g t h r o u g h s a i d c o n d e n s i n g h e a te x c h a n g e r s e r i a l l y w i t h s a i d c i r c u l a t i o n a n d s i n kh e a t e x c h a n g e r s f o r c o o l i n g s a i d t u r b i n e i n l e t a i rf o r t h e r e m o v a l o f w a t e r t h e r e f r o m s i m u l t a ne o u s l yw i t h s a i d c o o l i n g o f s a i d e n c l o s u r e a i r a n d s a i dw a r m i n g o f s a i d t u r b i n e e x h a u s t a i r .2 . The a i r c y c l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m o f c l a i m 1 f u r

t h e r c h a r a c t e r i z e d b y s a i d c i r c u l a t i o n h e a t e x c h a n g e rb e i n g d i s p o s e d i n t e r i o r l y o f a i d e n c l o s u r e , a n d s a i d s i n kh e a t e x c h a n g e r b e i n g d i s p o s e d e x t e r i o r l y o f s a i d e n c l os u r e whereby communication between s a i d ? r s t ands e c o n d h e a t e x c h a n g e r s f o r h e a t t r a n s p o r t t h e r e b e t w e e nr e q u i r e s p e n e t r a t i o n o f s a i d e n c l o s u r e b y l i q u i d c o n d u i t s .o n l y .

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air cycle refrigeration system (us4430867)

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