利用小循環(huán)來最大化效率的環(huán)境控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用小循環(huán)來最大化效率的環(huán)境控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大體來說，在航天產(chǎn)業(yè)中，總體趨向?yàn)槭乖诤娇掌鲀?nèi)具備更有效系統(tǒng)。對(duì)于航空器內(nèi)的現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可通過基于航空器周圍的環(huán)境條件利用適當(dāng)引擎排出壓力來獲得效率。
[0003]例如，來自航空器引擎的增壓空氣通過一系列系統(tǒng)提供到艙室以改變所述增壓空氣的溫度、濕度和壓力。為對(duì)這個(gè)增壓空氣準(zhǔn)備供能，唯一能量源為空氣自身的壓力。因此，在巡航時(shí)現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)始終要求相對(duì)較高壓力。不幸地是，鑒于在航天產(chǎn)業(yè)中總體趨向?yàn)橹圃旄行Ш娇掌鳎鄬?duì)較高壓力提供有限的引擎燃油消耗效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，提供一種將再循環(huán)空氣提供到環(huán)境控制系統(tǒng)的方法，其包括:在第一能量下經(jīng)由入口將排出空氣流供應(yīng)到所述環(huán)境控制系統(tǒng)；在第二能量下將所述排出空氣從所述環(huán)境控制系統(tǒng)提供到氣室中；和通過在第三能量下使所述排出空氣從所述氣室再循環(huán)到空氣循環(huán)機(jī)，將所述再循環(huán)空氣提供到所述環(huán)境控制系統(tǒng)。
[0005]通過本發(fā)明的技術(shù)，可了解額外特征和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其它實(shí)施方案和方面已在本文予以詳述且被視為本發(fā)明的一部分。為更佳地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征，可參考【具體實(shí)施方式】和附圖簡(jiǎn)述。
【附圖說明】
[0006]在本說明書開頭處的權(quán)力要求書中特別指出且明確要求被視為本發(fā)明的主題。從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見，其中:
圖1描繪根據(jù)實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖；
圖2描繪根據(jù)實(shí)施方案的系統(tǒng)的另一示意圖；
圖3A描繪在航空器進(jìn)行地面操作期間根據(jù)實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖；
圖3B描繪在航空器進(jìn)行飛行操作期間根據(jù)實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖；
圖4描繪在航空器進(jìn)行飛行操作期間根據(jù)實(shí)施方案的系統(tǒng)的另一示意圖；
圖5描繪根據(jù)實(shí)施方案的系統(tǒng)的另一示意圖；
圖6描繪根據(jù)實(shí)施方案的具有雙轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)的示意圖；和圖7描繪根據(jù)實(shí)施方案的具有雙轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)的另一示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]本文通過參考附圖來示例而非限制的方式展現(xiàn)所公開設(shè)備和方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的【具體實(shí)施方式】。
[0008]如上文所指示，相對(duì)較高壓力提供有限引擎燃油消耗效率。因此，需要一種環(huán)境控制系統(tǒng)，其利用關(guān)于經(jīng)由小循環(huán)進(jìn)行再循環(huán)冷卻和排出制冷的綜合方法，以在高引擎燃油消耗效率下提供艙室增壓和冷卻。小循環(huán)在至少兩種不同模式中操作。第一種模式為可在地面上和在飛機(jī)爬升期間使用的高壓排出模式。在高壓排出模式中，排出空氣為驅(qū)動(dòng)小循環(huán)的能量源。第二種模式為可在巡航期間使用的低壓模式。在低壓模式中，增壓艙室空氣為驅(qū)動(dòng)小循環(huán)的能量源。
[0009]大體來說，本文所公開的本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一種包括多個(gè)熱交換器和流動(dòng)通過所述多個(gè)熱交換器的介質(zhì)的系統(tǒng)和/或方法(在此為系統(tǒng))。所述介質(zhì)可基于所述系統(tǒng)周圍的環(huán)境條件從某個(gè)源(諸如引擎)的不同壓力位置排出。與多個(gè)熱交換器連通的壓縮裝置用于調(diào)整在多個(gè)熱交換器之間流動(dòng)的介質(zhì)的壓力。壓縮裝置將介質(zhì)自身用作能量源以調(diào)整介質(zhì)壓力。特定來說，所述介質(zhì)直接來自引擎(例如，排出空氣)且之后所述介質(zhì)循環(huán)通過氣室(再循環(huán)空氣)。
[0010]圖1示出從入口 101流入通過系統(tǒng)100到氣室102的介質(zhì)(例如，空氣)，如由實(shí)線箭頭A、B所指示。在系統(tǒng)100中，所述介質(zhì)可從入口 101流入到主熱交換器110，從主熱交換器110流入到壓縮裝置120，從壓縮裝置120流入到次熱交換器130，且從次熱交換器130流入到氣室102。此外，所述介質(zhì)從氣室102再循環(huán)通過系統(tǒng)100并返回到氣室102 (和/或系統(tǒng)100外)，如由虛線箭頭D、E所指示。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)100可為交通工具(諸如航空器或船舶)的任何環(huán)境控制系統(tǒng)(例如，航空器的艙室空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng))，其對(duì)所述交通工具的組員和乘客提供空氣供應(yīng)、熱控制和艙室增壓。所述系統(tǒng)還可以包括航電設(shè)備冷卻、煙霧檢測(cè)和火災(zāi)撲救。例如，在航空器上，從某個(gè)源(諸如渦輪機(jī)引擎的壓縮機(jī)級(jí))“排出”的空氣供應(yīng)到環(huán)境控制系統(tǒng)。以此方式，該“排出空氣”的溫度和壓力取決于處于哪個(gè)壓縮機(jī)級(jí)和每分鐘渦輪機(jī)引擎的轉(zhuǎn)數(shù)而廣泛變化。為實(shí)現(xiàn)所期望溫度，排出空氣在其經(jīng)傳遞通過至少一個(gè)熱交換器(例如，交換器120,130)時(shí)被冷卻。為實(shí)現(xiàn)所期望壓力，排出空氣在其經(jīng)傳遞通過壓縮裝置(例如，壓縮裝置120)時(shí)被壓縮。環(huán)境控制系統(tǒng)與引擎的交互影響引擎需要消耗多少燃油來執(zhí)行關(guān)于所述交互的操作，諸如供應(yīng)增壓空氣。
[0012]熱交換器(例如，主熱交換器110和次熱交換器130)是為在介質(zhì)之間進(jìn)行有效熱傳遞建立的設(shè)備。熱交換器的實(shí)例包括雙管、管殼、板、板殼、絕熱輪、板狀翼片、枕板、和流體熱交換器。繼續(xù)上述航空器實(shí)例，在可變冷卻氣流下通過風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)的空氣(例如，經(jīng)由推式或拉式方法)經(jīng)吹動(dòng)穿過熱交換器以控制排出空氣的最終空氣溫度。
[0013]壓縮裝置120 (例如，如下文所描述的空氣循環(huán)機(jī))為控制/調(diào)整介質(zhì)壓力(例如，增大氣體壓力)的機(jī)械裝置。壓縮機(jī)的實(shí)例包括離心式、斜流式或混流式、軸流式、往復(fù)式、離子液體活塞式、旋轉(zhuǎn)螺桿式、旋轉(zhuǎn)葉片式、渦旋式、膜片式、和氣泡式壓縮機(jī)。此外，壓縮機(jī)通常由電機(jī)或蒸氣或氣體渦輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)。
[0014]對(duì)于航空器實(shí)例，現(xiàn)將鑒于上述航空器實(shí)例參考圖2-7描述圖1的系統(tǒng)100。圖2描繪在系統(tǒng)200 (例如，系統(tǒng)100的實(shí)施方案)可安裝在航空器上時(shí)所述系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200示出在入口 201中流動(dòng)的排出空氣(例如，在初始流動(dòng)速率、壓力、溫度和濕度下離開航空器引擎)，所述排出空氣轉(zhuǎn)而在最終流動(dòng)速率、壓力、溫度和濕度下提供到氣室202 (例如，艙室、飛行甲板等)。接著，排出空氣從氣室202再循環(huán)回并通過系統(tǒng)200。系統(tǒng)200還示出熱交換器210、220、230、空氣循環(huán)機(jī)240 (其包括壓縮機(jī)242、渦輪機(jī)244、245、風(fēng)扇248和軸件249)、回?zé)崞?50、冷凝器260、和脫水機(jī)270，其中的每個(gè)經(jīng)由管、管道等來連接。應(yīng)注意，基于所述實(shí)施方案，來自系統(tǒng)200的排氣可發(fā)送到出口 299(例如，釋放到周圍空氣)。
[0015]系統(tǒng)200為航空器的環(huán)境控制系統(tǒng)的實(shí)例，其對(duì)所述航空器的組員和乘客提供空氣供應(yīng)、熱控制和艙室增壓。閥門為通過開啟、關(guān)閉或部分阻擋環(huán)境控制系統(tǒng)200的管、管道等內(nèi)的各種通道來調(diào)整、引導(dǎo)和/或控制介質(zhì)(例如，氣體、液體、液化固體、或漿體，諸如排出空氣)的流動(dòng)的裝置。閥門可由致動(dòng)器來操作，使得在環(huán)境控制系統(tǒng)200的任何部分中任何介質(zhì)的流動(dòng)速率可以調(diào)整到所期望值。
[0016]熱交換器210、220、230為如上文所描述的熱交換器的實(shí)例。應(yīng)注意，第二熱交換器220可為簡(jiǎn)單循環(huán)熱交換器，而第三熱交換器230可為小熱交換器。
[0017]空氣循環(huán)機(jī)240 (其包括壓縮機(jī)242、渦輪機(jī)244、245、風(fēng)扇248、和軸件249)控制/調(diào)整介質(zhì)壓力(例如，增大排出空氣壓力)。壓縮機(jī)242為使從第一熱交換器接收的排出空氣的壓力升高的機(jī)械裝置。渦輪機(jī)244、245為經(jīng)由軸件249驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)242和風(fēng)扇248的機(jī)械裝置。風(fēng)扇248為在可變冷卻氣流下經(jīng)由推式或拉式方法迫使空氣通過殼體穿過熱交換器210、220、230的機(jī)械裝置。壓縮機(jī)242、渦輪機(jī)244、245和風(fēng)扇248 —起示出例如空氣循環(huán)機(jī)(例如，壓縮裝置120)可以操作為利用從氣室202再循環(huán)的空氣的四輪空氣循環(huán)機(jī)。
[0018]回?zé)崞?50為上文所描述的特定類型的熱交換器。冷凝器260為如上文所描述的特定類型的熱交換器。脫水機(jī)270為執(zhí)行暫時(shí)地或永久地從任何源(諸如排出空氣)取水的過程的機(jī)械裝置?；?zé)崞?50、冷凝器260和/或脫水機(jī)270可一起組合為高壓水分離器。
[0019]圖3A描繪在航空器進(jìn)行地面操作期間系統(tǒng)300(例如，圖2的系統(tǒng)200的可操作實(shí)施方案)的示意圖。排出空氣被示出為從入口 201流入通過系統(tǒng)300到氣室202的實(shí)線箭頭。再循環(huán)空氣被示出為