CN102421668A - 具有自给式制冷模块的预处理空气装置 - Google Patents

Abstract

一种用于为停驻在地面的飞机提供经过预处理的空气的预处理空气装置(10)，所述预处理空气装置包括具有外壳(12)的主部件，所述外壳(12)容纳流管(20)，所述流管(20)具有供周围空气进入的进气口(22)和用于连接到停驻飞机上的排气口(25)，容纳与流管相连接的鼓风机(30)，所述鼓风机(30)用于产生从进气口流向排气口的气流，以及容纳多个间室(34)，每个所述间室被配置用于容纳包含至少一个制冷系统的自给式制冷模块，每个所述制冷系统包括至少一台压缩机(38)、至少一台冷凝器(40)、至少一个膨胀阀(42)，以及至少一台连接到包含制冷剂的流动回路(flow circuit)中的蒸发器(44)，并且其中，每个间室被进一步配置，从而当自给式制冷模块被安装在间室中时，所述至少一台蒸发器与流管中的气流相互作用，并且其中，至少一个自给式制冷模块被安装在所述多个间室中。

Description

具有自给式制冷模块的预处理空气装置

本发明涉及一种预处理空气装置，该装置向停驻在地面上的飞机提供经过预处理的空气，即经过加热或冷却的空气。

当停驻在地面上时，飞机通常使用辅助动力装置发动机(APU)来驱动空调设备，以将机舱内的空气冷却或加热到使乘客感到舒适的温度。然而，APU的运行将导致在喷气燃料消耗、噪声的产生、二氧化碳排放等方面的高成本。例如，A320飞机的APU每小时消耗约160公升燃油。除了一般的空气污染外，每消耗1公升喷气燃料将导致向大气中排放2.5公斤的二氧化碳，因此，APU每运行1小时将排放约400公斤的二氧化碳。

为了避免在地面上运行APU，预处理空气装置已被提供给停驻的飞机以供应所需的经过预处理的空气。所述预处理空气装置通过所述机场的可用电源(mains supply)获得动力。

在已知的预处理空气装置中，成本、效率、灵活性和耐用性(serviceability)仍是个问题。

新型的预处理空气装置被提供给停驻在地面上的飞机以供应经过预处理的空气。所述新型的预处理空气装置包括主部件和安装在主部件中的一个或多个自给式(self-contained)制冷模块。所述主部件具有外壳，所述外壳具有壁，所述壁限定了流管，所述流管具有用于将周围空气引入以被处理至低温的进气口，所述低温通常在-5℃至+5℃的范围内，以及具有通过如一个或多个软管连接到停驻的飞机上的排气口，以用于为停驻的飞机提供经过预处理的空气。为防止冷却损失(cooling loss)，流管的外壁可以配备有隔热材料层。

预处理空气装置的主部件进一步包括鼓风机，所述鼓风机被安置在外壳中并且与流管相连接，以用于产生从进气口流向排气口的气流。鼓风机优选地是高效离心式风扇。鼓风机优选地安装了减震器并且通过挠性连接(flexible connection)来连接到流管上。

所述主部件的外壳具有多个用于接收和固定(hold)自给式制冷模块的间室(compartment)。每个自给式制冷模块包括至少一个制冷系统，每个所述制冷系统包括至少一台压缩机、至少一台冷凝器、至少一个膨胀阀，以及至少一台连接在包含制冷剂的制冷剂流动回路中的蒸发器。制冷剂流动回路形成一个闭合且密封的回路。因此，自给式制冷模块可在不影响所述模块的至少一个制冷系统的情况下被安装到主部件的外壳中，从而所述自给式制冷模块在外壳中的装配和可能的拆卸可由不具备制冷系统领域中专业技术的人员来执行。自给式制冷模块可以在特别适于生产制冷系统的地点生产，随后与主部件在另一地点整合，所述另一地点通常特别适于生产机场地面设备，从而使预处理空气装置的生产灵活性增加且生产成本降低。

优选地，自给式制冷模块被可拆卸地(removably)安装在主部件的外壳中，以便于将已安装的自给式制冷模块从外壳中分离出来，例如，当制冷模块插入在主部件的外壳中时，利用螺丝、螺母和螺栓将自给式制冷模块固定到外壳中，并且利用电连接器在制冷模块和主部件之间建立所需的电性互连(electrical interconnection)。由于可在预处理空气装置的最短停工时间内将可能发生故障的自给式制冷模块从主部件的外壳中分离出来，并且用正常运行的模块来替代，因此这便增加了预处理空气装置的耐用性。进一步，发生故障的模块可以从主部件中分离出来并被移送到特别适合于维修制冷系统的地点进行维修，这就比必须将整个预处理空气装置拆开并移送维修要高效的多。

在本公开中，术语“可拆卸地”意味着模块可与主部件一起装配，并且随后在不破坏模块和主部件之间原来的机械连接和电连接的情况下，模块可从主部件中拆卸下来，即所述装配和拆卸可使用相同类型的工具来执行。这是在例如当使用螺丝、螺母和螺栓来将模块固定到主部件的外壳中，并且电连接器是用于模块的电路和主部件的电路之间的电性互连时的情形下，而不是在例如当模块被焊接到主部件的外壳中时的情形下。

优选地，自给式制冷模块具有适合于被叉式起重车搬动的物理尺寸从而便于运送模块，以用于例如存储模块、将模块组装进预处理空气装置中和维护模块。例如，发生故障的模块可以通过叉式起重车从外壳中被移除，并且正常运行的模块能通过叉式起重车被安装到外壳中。

所述自给式制冷模块根据众所周知的制冷机原理(refrigerator principle)来运行，并且具有众所周知的制冷剂，如全球变暖潜力值较低的R 134a。

当自给式制冷模块被安装在各自的间室中时，所述至少一台蒸发器的冷却面(cooling surface)被定位以与流管相互作用来冷却气流。例如，所述冷却面可被置于流管的内部以便直接大面积地接触流管中的气流。

在外壳中提供多个间室将带来进一步的优势：主部件可以配备电源、控制电路和用户界面，从而主部件可与安装在所述多个间室中的对应间室中的任意数量的自给式制冷模块一起运行。例如，预处理空气装置可与安装在所述多个间室的其中一个间室中的单个自给式制冷模块一起运行。因此，根据需要可以提供具有相同数量的部件而制冷能力不同的一系列预处理空气装置，以提供具有特定制冷能力的预处理空气装置。这就通过降低各部件的购买成本，以及降低各部件和各成品预处理空气装置的存储成本和管理成本(handling cost)，而降低了生产成本。例如，具有包含四个间室的外壳的预处理空气装置可被制造成具有递增的制冷能力的四个版本，即具有单个自给式制冷模块的预处理空气装置、具有两个自给式制冷模块的预处理空气装置、具有三个自给式制冷模块的预处理空气装置，以及具有四个自给式制冷模块的预处理空气装置。

这样，不同尺寸和类型的飞机的不同预处理需求就可以通过高性价比且灵活的方式来实现。

如在传统的预处理空气装置中一样，新型的预处理空气装置的一个或多个压缩机可从电源获得动力，例如，在欧洲通过50Hz的交流电压以及在美国通过60Hz的交流电压获得动力。这样，所述至少一台压缩机中的每台压缩机的最大容量(maximum capacity)是由电源频率决定的。每个自给式制冷模块可在开/关控制周期(on/off control cycle)中运行，所述开/关控制周期通过传统的预处理空气装置而众所周知。在开/关控制周期内，所述至少一台压缩机中的每台都被打开到最大容量直至达到所要求的的冷却温度设定(例如，对应的至少一台蒸发器下游空气的冷却温度设定)减去特定幅度值的温度。然后，所述至少一台压缩机中的每台都被关闭。当冷却后的温度升高到超过所述温度设定加特定幅度值的温度时，所述至少一台压缩机中的每台再次被打开到最大容量。其他常规控制原理也可被采用，例如，热气旁通。

自给式制冷模块的一台或多台压缩机可以从变频驱动器获得动力。有利地，新型的预处理空气装置中的变频驱动器的输出电压和频率是可变的，以根据当前的冷却需求(cooling requirement)来控制所述至少一台压缩机。优选地，变频驱动器使输出电压和频率的比率基本保持恒定以在整个输出频率范围内都维持高电动机转矩(motor torque)。这样，每个自给式制冷模块可连续运行，即变频驱动器的输出电压和频率可被调节到所述至少一台压缩机所需的值，以便所述至少一台压缩机根据控制设定(control setting)来冷却与对应至少一台蒸发器相互作用的气流。与开/关控制相比较，这样可使制冷模块的使用寿命增加且耗电量(power consumption)减少。

进一步，通过变频驱动器驱动的压缩机的最大容量相比由电源直接供电的相同的压缩机的最大容量可能是有所增加的。例如，提供75Hz输出频率的供给电压给压缩机供电可使压缩机的制冷能力相比在欧洲由电源直接供电的相同压缩机的制冷能力增加50％。

优选地，变频驱动器的控制器(在下文表示为“VFD-控制器”)能够控制变频驱动器，以输出可变的输出频率，例如，输出频率的范围可从0Hz至压缩机的最大额定频率(maximum rating)，从而通过变频驱动器获得动力的所述一台或多台压缩机可以被控制，以提供可变的制冷能力，例如，为响应流管中气流的温度和流速而改变制冷能力。

可提供多个变频驱动器以为各个压缩机供电，例如，所述至少一台压缩机中的每台都可由单独的变频驱动器供电，所述单独的变频驱动器可单独控制并能调节各台压缩机的制冷能力。

每台变频驱动器可被安置在主部件外壳中的任何适当的位置，并通过适当方式被连接，以为所需的一台或多台压缩机供电。

优选地，每个自给式制冷模块包括至少一台变频驱动器，所述变频驱动器被接入以用于为制冷模块的至少一台压缩机供电，从而当模块安装在外壳中时，预处理空气装置自动配备有所需的为所述至少一台压缩机供电的至少一台变频驱动器。所述至少一台变频驱动器的VFD-控制器还可进一步对通过模块的传感器感应到的参数值进行数据收集，例如，温度传感器感应在通过所述至少一台蒸发器和至少一台冷凝器之前和之后的气流温度，压力传感器感应在所述至少一个制冷系统中的制冷剂的压力，等等。

所述预处理空气装置可进一步包括至少一台冷凝风扇(condenser fan)，其用于产生与所述至少一台冷凝器中的至少一台相互作用的冷凝气流，从而增加所述至少一台冷凝器的排热能力。

所述至少一台冷凝风扇中的每台都可被安置在主部件外壳中的任何适当的位置，以在外壳中提供冷凝气流。所述至少一台冷凝风扇中的每台可被安置在临近外壳中的排气口处，以使所产生的冷凝气流经由排气口向外排出，并且所述至少一台冷凝器中的每台可被安置在临近进气口处，以在环境温度下与所产生的冷凝气流相互作用。显然，冷凝气流的方向可逆转，尽管在这种情形下，在与至少一台冷凝器相互作用前，冷凝气流可通过外壳中的内部组件被加热。或者，每个自给式制冷模块都可包含至少一台冷凝风扇，所述冷凝风扇被安置在邻近模块的所述至少一台冷凝器的其中至少一台处，以产生用于与所述至少一台冷凝器的其中至少一台相互作用的冷凝气流，从而增加所述至少一台冷凝器的排热能力。据此，当模块安装在外壳中时，所述预处理空气装置自动配备有所需的冷凝风扇容量(condenser fan capacity)。

自给式制冷模块的一台或多台冷凝风扇可以从变频驱动器获得动力。在传统的预处理空气装置中，冷凝风扇通过电源供电，例如，在欧洲通过50Hz的交流电压和在美国通过60Hz的交流电压供电，并且因此，冷凝风扇的性能被锁定于电源频率。有利地，VFD-控制器能够改变变频驱动器的输出电压和频率，以根据当前运行需求(operational requirement)(例如，至少一台冷凝器内的当前压力、效率，等等)来控制所述至少一台冷凝风扇。优选地，变频驱动器使输出电压和频率的比率基本保持恒定以在整个输出频率范围内都维持高电动机转矩。输出频率的范围可从0Hz至所述至少一台冷凝风扇的最大额定频率。可提供多个变频驱动器为各台冷凝风扇供电，例如，所述至少一台冷凝风扇中的每台都可从变频驱动器(如单独的变频驱动器)获得动力，所述变频驱动器可控制由各冷凝风扇产生的冷凝气流的速率。

每个变频驱动器可被安置在主部件外壳中任何适当的位置，并通过适当方式被连接，以为所需的一台或多台冷凝风扇供电。

每个自给式制冷模块可包含至少一台变频驱动器，所述变频驱动器被接入以用于为制冷模块的所述至少一台冷凝风扇供电，从而当模块安装在外壳中时，预处理空气装置自动配备有所需的用于为所述至少一台冷凝风扇供电的变频驱动器。

预处理空气装置可进一步包括变频驱动器，所述变频驱动器被接入以用于为鼓风机供电。有利地，VFD控制器能够改变变频驱动器的输出电压和频率，以根据当前运行需求来控制鼓风机，所述当前运行需求主要指在当前连接了预处理空气装置的类型的飞机上所允许接收的空气量。优选地，变频驱动器使输出电压和频率的比率基本保持恒定，以在整个输出频率范围内都维持高电动机转矩。输出频率的范围可从0Hz至鼓风机的最大额定频率。

优选地，所述预处理空气装置具有中央控制器，所述中央控制器被配置用于控制预处理空气装置的运行。所述中央控制器可连接到用户界面上，以从用户处接收用户指令并将信息输出给用户。所述预处理空气装置至少包括以下其中之一：具有输入键和显示屏的用户界面面板、遥控器、计算机接口、网络接口、扬声器，等等。例如，主要的用户条目(user entry)的其中一条指定将被提供预处理空气装置的飞机类型。这样的信息可使用用户面板的输入键来输入，或使用来自旅客登机桥的遥控器输入，或者可以从机场的楼宇管理系统(building management system)中传送出来，等等。

中央控制器可进一步与预处理空气装置的一些或全部VFD-控制器相连接，以用于单独控制VFD-控制器。例如，所述中央控制器可对所述预处理空气装置的每个VFD-控制器输出单独的温度设置，并且，为响应所述单独的温度设置，每个VFD-控制器控制相应的所述至少一台压缩机的制冷能力以调节根据需要已与对应的至少一台蒸发器相互作用的气流的温度。

进一步，每个制冷模块可被配置用于故障检测，那么在已安装的自给式制冷模块的其中之一发生故障的情况下，发生故障的制冷模块将故障信号发送给中央控制器，并且如果需要的话，模块将停止运行。为响应故障信号，所述中央控制器可开始运行，以在预处理空气装置剩余仍正常运行的自给式制冷模块间自动调节所需的冷却量。

所述中央控制器可通过数据和控制总线(如CAN总线)与一些或全部VFD-控制器以及其他可能的控制设备(例如在流管中控制加热器的SCR模块)相连接。

所述预处理空气装置可以具有连接到预处理空气装置的电源输入的整流电路，所述整流电路用于产生直流电压电源以为变频驱动器供电。

为了抑制失真和防止电源污染，整流电路可包含12-脉冲整流器，或18-脉冲整流器，或24-脉冲整流器，等等。

所述预处理空气装置可与停驻的飞机上的其他设备共用电源输出(mainspower outlet)，如地面电源装置、电缆盘、汽车充电器，等等。为了降低共用电源输出的峰值功率需求，所述预处理空气装置可包括电力共用控制输入(power sharing control input)，以用于控制预处理空气装置的耗电量。例如，当在地面电源装置的高负载运行期间，电力共用控制输入可被运行以降低预处理空气装置的耗电量，例如，当地面电源装置的输出电流较大时，通过降低预处理空气装置所提供的制冷能力来降低预处理空气装置的耗电量。地面电源装置通常仅在飞机从停机位(gate)推出(push back)之前直到与飞机断开连接的短时间内最大负载运行，当地面电源装置与飞机断开连接时，飞机自身的空调系统将及时接管。在此之前，飞机客舱已被冷却了一段时间，并且因此，在飞机推出前的短时间内降低制冷能力不会严重降低所述预处理空气装置的整体性能。总而言之，短时间内降低制冷能力不会严重降低预处理空气装置的整体性能。

所述预处理空气装置可被安装在旅客登机桥的下方或之上，并且可通过登机桥的驱动自由地移动。或者，预处理空气装置可配备有支柱腿(pedestalleg)，从而可在停机坪或飞机库中灵活地定位预处理空气装置。

多个所述新型的预处理空气装置可相互连接以共同为停驻的飞机提供经过预处理的空气。例如，两个所述新型的预处理空气装置可并行(in parallel)联结在主从式配置中，其中每个预处理空气装置的输出端提供了共用软管，所述共用软管连接到停驻的飞机上，并且可能在飞机处分成两个或更多个软管以用于为飞机上可能的单个输入端提供经过预处理的空气。主配置可以这样的方式控制从配置：使所述两个预处理空气装置为停驻的飞机提供总量和温度基本相同的经过预处理的空气。别的控制原理也可被采用。例如，协同工作的预处理空气装置的CAN-总线可以互相连接，以使协作的装置间的分摊(sharing)控制具有灵活性。

通过参考附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明上述的和其他的特性和优点对本领域的技术人员将变得更为明显，其中：

图1示出了去掉顶部的预处理空气装置的顶视图，

图2示出了具有两个从各自的间室中抽出的自给式制冷模块的预处理空气装置的透视图，

图3示出了自给式制冷模块的透视图，

图4示出了通过叉式起重车来搬运自给式制冷模块，

图5示出了预备安装的预处理空气装置的透视图，

图6是示出了预处理空气装置的各模块和组件的电性互连的框图，

图7示出了预处理空气装置的用户界面面板，

图8示出了去掉顶部的另一预处理空气装置的顶视图，以及

图9示出了并行联结在主从配置中的两个预处理空气装置。

下文中将结合附图更充分地描述本发明，在所述附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为不同形式，并且不应被理解为限制于此处所描述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开更全面和完整，并将使本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。

图1示出了新型的预处理空气装置10的示例性实施例的顶视图，所述新型的预处理空气装置10用于给停驻在地面上的飞机提供经过预处理的空气。所述预处理空气装置10包括具有外壳12的主部件，所述外壳12具有壁14a、14b、14c、14d、16a、16b、18，除了顶部和底部的壁之外(未示出)，外壳12的所述这些壁限定了流管20。周围空气通过外壳12的侧壁24中的进气口22进入到流管20中。所述流管20在外壳12内是弯折的，从而壁16a、16b将流管分成两部分，在预处理空气装置10的运行期间，气流在流管的所述两个部分中向相反方向流动。侧壁上也具有用于连接(如通过一个或多个软管连接)到停驻的飞机上的排气口25，以用于为停驻的飞机提供经过处理的空气。气流方向由箭头26a、26b、26c、26d、26e表示。通过横贯进气口22安装的易于更换的过滤器28将空气吸入。为了防止冷却损失，外壁14a、14b、14c、14d，包括流管的顶壁都配备有50mm厚的隔热材料层。在流管的底部，用于收集冷凝液的盘子(未示出)下方配备有隔热材料。

鼓风机30与流管20相连接，以用于产生所需的从进气口22流向排气口25的气流。在所示的预处理空气装置10中，所述鼓风机30是高效离心式风扇(centrifugal fan)。所述鼓风机30安装了减震器并且通过挠性连接来连接到流管20上。为了防止遗留自由湿气(free moist)，流管20被限定尺寸，以获得较低的空气流速。

可选加热器32安装在流管20中，其允许预处理空气装置10在环境温度较低的情况下加热周围空气。

如图2所示，示出的预处理空气装置10具有四个相似的间室34，所述间室34用于接收和固定四个各自的相同自给式制冷模块36。

如图3所示，每个自给式制冷模块36都包含制冷系统，所述制冷系统包括压缩机38、冷凝器40、膨胀阀42和串行连接到包含制冷剂的制冷剂流动回路中的蒸发器44，所述制冷剂是依据所述机场的预期高端环境温度来选择的，例如，选择R 134a以在高端环境温度约为40℃时使用。所述制冷剂流动回路形成闭合且密封的回路。每个自给式制冷模块36都根据众所周知的制冷机原理运行。

在不干扰模块36的制冷系统的情况下，每个自给式制冷模块36都可被安装在主部件的外壳12中，从而自给式制冷模块36在预处理空气装置的外壳12中的装配和可能的拆卸可以由不具备制冷系统领域特定技术的人员来执行。自给式制冷模块36可以在特别适于生产制冷系统的地点生产，随后与主部件的外壳12在另一地点整合，所述另一地点通常特别适于生产机场地面设备，从而使预处理空气装置10的生产灵活性增加且生产成本降低。进一步，所述自给式制冷模块36可以作为包含制冷剂的备用部分来存储，从而无需执行为了制冷剂而将预处理空气装置排空的繁琐任务，即可维修预处理空气装置。

预处理空气装置10的电源、控制电路和用户界面允许预处理空气装置10可与任意数量的已安装的自给式制冷模块36一起运行，即所示的预处理空气装置10可与安装在任意选定的间室34中的单个自给式制冷模块36一起运行；或者与安装在各任意选定的间室34中的两个自给式制冷模块36一起运行；或者与安装在各任意选定的间室34中的三个自给式制冷模块36一起运行；或者与安装在各任意选定的间室34中的四个自给式制冷模块36一起运行。这样，就提供了基于相同组件、具有不同制冷能力的四种不同预处理空气装置10的预处理空气装置10的产品线。这就通过降低每个组件的购买成本，以及降低每个组件和每个成品预处理空气装置10的存储成本和管理成本，而降低了制造成本。进一步，已经在机场使用的安装了少于四个自给式制冷模块36的预处理空气装置10可以通过在空的间室34中安装一个或多个自给式制冷模块36来就地升级。

优选地，所述自给式制冷模块36可拆卸地安装在主部件的外壳12中，以便于将已安装的自给式制冷模块从外壳12中分离出来，例如，当制冷模块36插入在主部件10的外壳12中时，利用螺丝、螺母和螺栓将每个自给式制冷模块36固定到外壳12上，并且利用电连接器(未示出)在制冷模块和外壳12间建立所需的电性互连。

图2示出了图1中的预处理空气装置的透视图，所示预处理空气装置具有两个从主部件10的外壳12中抽出的自给式制冷模块36。图5示出了图1和图2中的预处理空气装置的透视图，所示预处理空气装置的所述两个自给式制冷模块36插入并安装在主部件10的外壳12中。

由于可在预处理空气装置10的最短停工时间内将可能发生故障的自给式制冷模块从主部件10的外壳12中分离出来，并且替换上正常运行的模块36，因此所述模块36的可移动性提高了预处理空气装置10的耐用性。一个制冷模块36可在约20分钟内被替换。在没有可用的正常运行的制冷模块36来替换发生故障的制冷模块36的情况下，预处理空气装置10将与剩余的制冷模块36一起继续运行，即预处理空气装置10仍全面运行，但是制冷能力降低。进一步，发生故障的制冷模块36可被移送到特别适合于维修制冷系统的单独地点进行维修。并且，为了维修冷却回路(cooling circuit)而拆卸和移动整个预处理空气装置的可能需求将因此而减少。优选地，所述自给式制冷模块36具有适合于被如图4所示的叉式起重车47搬动的物理尺寸，从而便于运送模块36，以用于如存储模块、将模块组装进预处理空气装置10中以及维护模块。例如，发生故障的模块36可通过叉式起重车47从外壳12中被移走，并且正常运行的模块36可以通过叉式起重车47被安装到外壳12中。

在所示的预处理空气装置10中，当自给式制冷模块36被安装在主部件的外壳12中时，所述每个模块36的蒸发器44穿过在壁14a、14b、14c、14d中的插槽而被安置在流管20内，以用于与管子20中的气流进行最佳的热交换。所述蒸发器44具有用于管子20中的气流经过的大量管道，以在气流和在蒸发器44内流动的制冷剂之间提供大面积的热交换，所述热交换在制冷系统领域内是众所周知的。当各个自给式制冷模块36被安装在间室34中各自的运行位置(operational position)上时，壁14a、14b、14c、14d中的所述插槽是密闭的。在没有自给式制冷模块36的情况下，通过盖板封闭所述插槽。

由多个自给式制冷模块36提供的多步骤制冷可有效凝聚空气湿度并保护最后一个下游蒸发器44以防止其被冻结。不锈钢冷凝盘(未示出)和与其整合在一起的冷凝泵(未示出)确保冷凝液以可控的方式被移走。

冷却空气通过一个或两个14″软管离开所示的预处理空气装置。

自给式制冷模块36的每台压缩机38可从变频驱动器46获得动力，所述变频驱动器46也被置于对应的自给式制冷模块36中。在传统的预处理空气装置中，压缩机通过电源供电，即在欧洲通过50Hz的交流电压以及在美国通过60Hz的交流电压供电。因此，压缩机的容量限制于电源的频率。这样的限制在新型的预处理空气装置10中并不存在。有利地，VFD-控制器能够改变变频驱动器46的输出电压和频率，以根据当前的冷却需求来控制压缩机38。在所示的预处理空气装置中，所述变频驱动器46使输出电压和频率的比率基本保持恒定，以在整个输出频率范围内都维持高电动机转矩。变频驱动器46所提供的输出电压和频率是由VFD-控制器通过在变频驱动器领域众所周知的方式控制的。优选地，VFD-控制器能够控制变频驱动器46以输出可变的输出频率，例如，输出频率的范围可从0Hz至压缩机38的最大额定频率，从而通过各个变频驱动器46供电的每台压缩机38可被控制用于提供可变的制冷能力。

每个自给式制冷模块都具有温度传感器(图6中的39)，所述温度传感器与模块36的VFD-控制器处于电连接中，并被安装用于感应在蒸发器44上游和下游的气流中的温度，以及将感应到的温度值发送给VFD-控制器，且所述VFD-控制器响应所感应到的温度来控制压缩机38的制冷能力。

每个自给式制冷模块36连续运行，即变频驱动器46的输出电压和频率被调整到压缩机38所需的值，以便压缩机38将已与蒸发器44相互作用的气流基本冷却到温度设置。同压缩机38的开/关控制相比，这样可使制冷模块36的使用寿命增加且耗电量降低。

所述预处理空气装置10进一步包括两个冷凝风扇48，所述冷凝风扇穿过侧壁50中的孔安装，其用于产生冷凝气流，所述冷凝气流的产生可引发周围空气通过自给式模块36中被冷凝器40盖住的孔进入到外壳12中(如箭头52a-52f所示)，以用于从冷凝器40的热交换面上将热量移除。

所述冷凝风扇48从一台变频驱动器54获得动力。有利地，所述变频驱动器54的VFD控制器能够改变变频驱动器54的输出电压和频率，以根据当前运行需求来控制冷凝风扇48，所述运行需求如：冷凝器中的当前压力、效率，等等。优选地，变频驱动器54使输出电压和频率的比率基本保持恒定，以在整个输出频率范围内都维持高电动机转矩。输出频率的范围可从0Hz至冷凝风扇的最大额定频率。所述预处理空气装置10进一步包括变频驱动器56，所述变频驱动器被接入以用于为鼓风机30供电。有利地，所述变频驱动器56的VFD控制器能够改变变频驱动器56的输出电压和频率，以根据当前运行需求来控制鼓风机，所述当前运行需求主要指在当前连接了预处理空气装置的类型的飞机上所允许接收的空气量。优选地，变频驱动器56使输出电压和频率的比率基本保持恒定，以在整个输出频率范围内都维持高电动机转矩。优选地，所述变频驱动器56的控制器能够控制变频驱动器56以输出可变的输出频率，例如，输出频率的范围可从0Hz至鼓风机的最大额定频率，从而由变频驱动器56供电的鼓风机30可被控制用于为流管20中的气流提供可变的流速，例如，为响应用户控制指令(如飞机类型)而改变气流流速。

所述预处理空气装置10具有中央控制器60，所述中央控制器60被配置用于控制所述预处理空气装置10的运行。所述中央控制器60与用户界面面板58相连接以用于接收用户指令和将信息输出给用户，例如，通过用户界面面板58的显示屏、通过用户界面的扬声器，等等，来接收用户指令和输出信息给用户。

所述中央控制器60与预处理空气装置10的所有VFD-控制器相连接，以用于VFD-控制器的单独控制。例如，中央控制器向预处理空气装置10的每个VFD-控制器输出单独的温度设置，并且，为响应所述单独的温度设置，每个VFD-控制器控制各自的压缩机38的制冷能力以调节根据需要已与相应的蒸发器44相互作用的气流的温度。进一步，当已安装的自给式制冷模块36的其中一个发生故障的情况下，发生故障的制冷模块将故障信号传送给中央控制器60且所述模块停止运行。为响应故障信号，所述中央控制器60开始运行，以在预处理空气装置10剩余仍正常运行的自给式制冷模块36间自动调节所需的冷却量。

图6是示出了预处理空气装置10的各模块和组件的电性互连的框图。

所示的预处理空气装置10具有12-脉冲整流器62，其连接到预处理空气装置10的电源输入64上，以用于产生直流电压电源。使用变频驱动器可能产生电源输入的谐波失真。为使电源输入的失真最小化，将三相电源变压为六相，所述六相电源在不可调12-脉冲全桥式整流器62(non-regulated 12-pulse full bridge rectifier)中被整流。12-脉冲整流器62、相关联的变压器66和输入滤波器68的组合使反馈到电源的谐波降到最低。进一步，所述12-脉冲整流器62包括软启动电路，其限制了启动电流(inrush current)。更进一步，使用12-脉冲整流器62可产生高输入功率因数(input power factor)，即大于0.8的功率因数(如0.96)，从而反过来减小了输入电源电流。

当自给式模块36被安装在各自的间室34中时，经滤波后的直流电压电源被输送到每个间室34中，以用于为模块36的每个变频驱动器46供电。

经滤波后的直流电压电源进一步被输送给变频驱动器56，以用于为鼓风机30供电，以及被输送给变频驱动器54，以用于为所述两台冷凝风扇48供电。

所述中央控制器60基于微控制器和数字信号处理器，所述微控制器和数字信号处理器协作用于调节、监控和判断可能的外部和内部故障。此外，每个变频驱动器46、54、56都包括微控制器以执行对连接到所述变频驱动器上的设备的单独控制。进一步，每个自给式制冷模块的VFD-控制器监控各自的制冷系统，并且如果制冷剂压力太低或太高就降低制冷能力或者停止制冷。

所述中央控制器60自动调整由预处理空气装置10所执行的制冷操作，以适应所选飞机的类型、环境温度、湿度、舱内温度、从预处理空气装置10排出的气流，等等。

所述中央控制器60和变频驱动器46、54、56，以及控制加热器32的SCR模块70都连接到数据和控制总线上，所述数据和控制总线在所描述的示例中是CAN总线。

所述预处理空气装置10可与停驻的飞机上的其他设备共用电源，例如，地面电源装置、电缆盘、汽车电池充电器，等等。为了降低共用电源输出的峰值功率需求，预处理空气装置10包括电源共用控制输入(未示出)，以用于控制所述预处理空气装置10的耗电量。例如，在地面电源装置的高负载运行期间，所述电源共用控制输入可被运行以降低预处理空气装置10的耗电量例如，在地面电源装置高负载运行期间，通过降低由预处理空气装置10所提供的制冷能力来降低装置10的耗电量。地面电源装置通常仅在飞机从停机位推出之前直到与飞机断开连接的短时间内以最大负载运行，当地面电源装置与飞机断开连接时，飞机自身的空调系统将及时接管。在此之前，飞机客舱已被冷却了一段时间，并且因此，在飞机推出前的短时间内降低制冷能力不会严重降低所述预处理空气装置10的整体性能。总的来说，在短时间内降低制冷能力不会严重降低预处理空气装置10的整体性能。

图7示出了预处理空气装置10的用户界面面板58。所述用户界面面板58包括LCD显示屏72，所述显示屏72在所有天气情况下都可见并可显示所有相关的运行数据。显示屏提供了不同层面的信息：在默认模式下，显示屏显示预处理空气装置10的状态，如飞机类型、舱内温度，等等。在报警模式下，显示屏显示警报类型和警报记录。在设置模式下，显示屏显示各种可被调节的参数。

所述预处理空气装置包括数字输入/输出端口，如电气隔离(galvanicisolated)的RS485端口、TCP/IP以太网端口，等等，所述端口用于远程控制预处理空气装置10和进行监控(包括对维护任务的数据转储的监控)。

所述预处理空气装置10可被安装在空桥(apron drive bridge)的下方或之上，并且通过桥的驱动自由地移动。或者，预处理空气装置10可配备有支柱腿，以在固定桥和飞机库应用中灵活地定位预处理空气装置。

可提供在所附权利要求范围内的其他预处理空气装置。例如，其他的预处理空气装置可配备有不同数量的用于容纳自给式制冷模块的间室，例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，等等个间室。

在图1、图2、图4、图5和图6中所示的实例中，自给式制冷模快串行运行(operate in a series)。其他的预处理空气装置可配备有并行运行的自给式制冷模块；或同时配备有并行运行和串行运行的自给式制冷模块。

例如，图8示出了具有两组自给式制冷模块36a、36b和36c、36d的新型预处理空气装置10的顶视图。在每个组内，自给式制冷模块并行运行，并且所述两组自给式制冷模块串行运行，以将经过预处理的空气提供给停驻在地面上的飞机。

图8中所示的预处理空气装置10包括具有外壳12的主部件，所述外壳12具有壁14a、14b、14c、14d、18a、18b，所述这些壁以及顶部和底部的壁(未示出)一起限定了流管20。周围空气通过外壳12的侧壁24中的进气口22进入。空气通过横贯进气口22安装的易于更换的过滤器28被吸入。可选加热器32被安装在进气口22处，其允许预处理空气装置10在环境温度较低的情况下加热周围空气。

鼓风机30与流管20相连接，以用于产生所需的从进气口22流向排气口25的气流。在所示的预处理空气装置10中，所述鼓风机30是高效离心式风扇。所述鼓风机30安装了减震器并且通过挠性连接来连接到流管20上。为了防止遗留自由湿气，流管20被限定尺寸，以获得较低的空气流速。

流管20具有歧管21，所述歧管21使气流膨胀，以经过并行运行的冷凝器40。气流方向通过箭头26a、26b、26c，、26d、26e表示。为了防止冷却损失，外壁14a、14b、14c、14d、18a、18b，包括流管的顶壁都配备有50mm厚的隔热材料层。在流管的底部，用于收集冷凝液的盘子(未示出)下方配备有隔热材料。

所示的预处理空气装置10具有四个相似的间室34，所述间室用于接收和固定四个各自的自给式制冷模块36。需注意的是，图8中左右并行的自给式制冷模块具有不同的布局，其中，对应的部件被安置在相对所述两个模块而言不同的位置，从而得到图8中所示的配置。由于气流从相对制冷回路(refrigeration circuit)而言相反的方向通过各蒸发器，因此并行运行的自给式模块的蒸发器的几何形状也不同。

图8中所示的预处理空气装置10的其余组件和装置的运行已经结合前述附图中所示的预处理空气装置做过说明，并且这里将不再重复。

所述自给式制冷模块在所附的权利要求范围内可通过各种方式被配置。所述自给式制冷模块的核心是制冷系统，在所述制冷系统中，制冷剂在模块内的闭合且密封的回路中流动，从而模块可在不影响所述制冷系统的情况下被安装到主部件中或从主部件中卸除。所述自给式制冷模块可包含多于一个的制冷系统。进一步，根据设计选择(design choice)，预处理空气装置的其他组件可被分拆到主部件和自给式制冷模块中。例如，所提供的预处理空气装置中的变频驱动器可被安装在主部件中而不是安装在模块中，所提供的预处理空气装置中的多于一个模块可被同一台变频驱动器控制；所提供的预处理空气装置中的每个模块都可配备有自己专属的冷凝风扇，以替代或者补充一个或多个安装在主部件中的冷凝风扇；等等。进一步，所提供的预处理空气装置中的自给式制冷模块可彼此独立地冷却流管中的气流，例如，主部件可被通电(be wired)，从而为每个间室设置了特定的预定温度，由此安装在特定间室中的自给式制冷模块接收为所述间室设置的温度，以作为给控制模块的压缩器的变频驱动器的输入。更进一步，所提供的预处理空气装置中的至少一个自给式制冷模块可包含多个制冷系统，所述多个制冷系统由独立的变频驱动器单独控制，或由一台变频驱动器一起控制。再进一步，所提供的预处理空气装置中的至少一些自给式制冷模块可以是不同的。

图9示出了并行联结在主从配置中的两个新型预处理空气装置10a、10b。预处理空气装置10a、10b各自的排气口25a、25b与共用软管74相连接。在邻近停驻的飞机处，共用软管74分成两个软管76、78，以为飞机相应的独立输入端提供经过预处理的空气。主配置10a可以这样的方式控制从配置10b：使所述两个预处理空气装置为停驻的飞机提供总量和温度基本相同的经过预处理的空气。

Claims (17)

1.一种用于为停驻在地面的飞机提供经过预处理的空气的预处理空气装置，所述预处理空气装置包括具有外壳的主部件，所述外壳用于容纳

流管，所述流管具有供周围空气进入的进气口和用于连接到停驻飞机上的排气口，

与流管相连接的鼓风机，所述鼓风机用于产生从进气口流向排气口的气流，以及

多个间室，每个所述间室都被配置用于容纳自给式制冷模块，所述自给式制冷模块包括

至少一个制冷系统，每个所述制冷系统包括至少一台压缩机、至少一台冷凝器、至少一个膨胀阀，以及至少一台蒸发器，所述蒸发器连接在包含制冷剂的流动回路中，并且其中，

每个间室被进一步配置，从而当所述自给式制冷模块被安装在所述间室中时，所述至少一台蒸发器与流管中的的气流相互作用，并且其中，

至少一个所述自给式制冷模块被安装在所述多个间室中。

2.根据权利要求1所述的预处理空气装置，进一步包括至少一台变频驱动器，所述变频驱动器为所述至少一个自给式制冷模块的至少一台压缩机中的至少一台供电。

3.根据权利要求1所述的预处理空气装置，其中，至少一个所述自给式制冷模块包括至少一台变频驱动器，所述变频驱动器被接入以用于为所述至少一台压缩机中的至少一台供电。

4.根据前述任一权利要求所述的预处理空气装置，进一步包括至少一台冷凝风扇，所述冷凝风扇用于产生与所述至少一个自给式制冷模块的至少一台冷凝器中的至少一台相互作用的气流。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的预处理空气装置，其中，至少一个所述自给式制冷模块包括至少一台冷凝风扇，所述冷凝风扇用于产生与所述至少一台冷凝器中的至少一台相互作用的气流。

6.根据权利要求4所述的预处理空气装置，进一步包括至少一台变频驱动器，所述变频驱动器被接入以用于为所述至少一台冷凝风扇中的至少一台供电。

7.根据权利要求5所述的预处理空气装置，其中，所述至少一个自给式制冷模块进一步包括至少一台变频驱动器，所述变频驱动器被接入以用于为所述至少一台冷凝风扇中的至少一台供电。

8.根据前述任一权利要求所述的预处理空气装置，其中，所述外壳进一步容纳变频驱动器，所述变频驱动器被接入以用于为所述鼓风机供电。

9.根据权利要求2-8中的任一项所述的预处理空气装置，其中，所述至少一台变频驱动器中的至少一台具有控制器，所述控制器被配置用于改变所述至少一台变频驱动器的输出频率。

10.根据权利要求9所述的预处理空气装置，其中，所述至少一台变频驱动器的控制器被进一步配置用于调节所述输出频率以响应连接在所述控制器上的传感器的输出(信息)。

11.根据前述任一权利要求所述的预处理空气装置，其中，所述外壳进一步容纳中央控制器，所述中央控制器被配置用于控制所述预处理空气装置的运行。

12.根据引用权利要求2-10的权利要求11所述的预处理空气装置，其中，所述中央控制器被连接到所述变频驱动器的至少一台控制器上。

13.根据前述任一权利要求所述的预处理空气装置，其中，所述外壳进一步容纳连接到所述预处理空气装置的电源输入的整流器，所述整流器用于产生直流电压电源。

14.根据权利要求13所述的预处理空气装置，其中，所述整流器是12-脉冲整流器。

15.根据权利要求13所述的预处理空气装置，其中，所述整流器是24-脉冲整流器。

16.根据前述任一权利要求所述的预处理空气装置，其中，所述中央控制器具有电源共用控制输入，所述电源共用控制输入用于控制所述预处理空气装置的耗电量。

17.根据前述任一权利要求所述的预处理空气装置，其中，至少一个所述间室被配置用于在所述间室中的其中一个自给式制冷模块的可拆卸式安装。

Images