CN103921946A - 飞机空调系统和操作飞机空调系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种飞机空调系统和一种操作飞机空调系统的方法。飞机空调系统（100）包括压缩机（40）、空调单元（10）和能量转换器（44），压缩机（40）适于产生压缩过程空气，空调单元（10）适于冷却和膨胀从压缩机（40）供应至空调单元（10）的压缩过程空气，能量转换器（44）适于将液压能转换成电能。向压缩机（40）供应由能量转换器（44）通过转换被供应至能量转换器（44）的液压能而产生的电能。

Description

飞机空调系统和操作飞机空调系统的方法

技术领域

本发明涉及飞机空调系统和用于操作飞机空调系统的方法。

背景技术

如例如在DE102008053320A1或US2010/101251A1和DE102010054448A1或WO2012/079756A1中描述的所谓的基于空气的空调系统，目前通常在商用飞机中用来对飞机机舱进行空气调节。飞机空调系统起到冷却飞机机舱的作用，否则飞机机舱会由于像例如乘客的体热以及来自于在飞机上存在的设备的废热这样的热负荷而过热。另外，飞机空调系统适宜地将新鲜空气供应到飞机机舱内，以确保在飞机机舱内存在规定的最小比例的氧气。

基于空气的空调系统典型地包括空调单元。向该空调单元供应由通过如在US7,207,521B2或US7,210,653B2中描述的飞机的发动机发电机产生的电能驱动的压缩机产生的压缩过程空气或从飞机的发动机或辅助动力单元（APU）中排出的压缩过程空气。压缩过程空气在被供应至空调单元以前通常被引导通过热交换器（所谓的预冷却器），以便将热的过程空气预冷却至期望的降低温度。在空调单元中，当过程空气流动通过至少一个热交换器并流动通过各个压缩和膨胀单元时，过程空气冷却和膨胀。离开空调单元的冷却过程空气最终被供应给混合室，在混合室中冷却过程空气与从待进行空气调节的飞机区域再循环的再循环空气混合。来自混合室的混合空气经由相应的混合空气管路被供应至待进行空气调节的飞机区域，待进行空气调节的飞机区域可被分成多个空气调节区。

发明内容

本发明旨在的目的是具体阐述一种轻量且有成本效益的飞机空调系统。进一步，本发明旨在的目的是提供一种操作这种飞机空调系统的方法。

该目标通过具有如下特征的飞机空调系统和具有如下特征的操作飞机空调系统的方法而被实现。

根据本发明的飞机空调系统包括压缩机，该压缩机适于产生压缩过程空气。由压缩机产生的压缩过程空气被供应至飞机空调系统的空调单元，空调单元适于冷却和膨胀从压缩机供应至空调单元的压缩过程空气。进一步，飞机空调系统包括能量转换器，该能量转换器适于将液压能转换成电能。向压缩机供应由能量转换器通过转换供应至能量转换器的液压能而产生的电能。

飞机空调系统的压缩机被形成为与飞机的发动机分离。因此，当控制发动机的操作时，不必考虑用于向空调系统的空调单元供应过程空气的引气的排放。进一步，通过使用用于向压缩机供应电能的能量转换器，压缩机还与发动机断开电连接，即发动机发电机不必提供用于驱动压缩机的电能。因此，能够根据发动机的实际功能优化发动机的操作参数，从而允许发动机更有效地并由此更节省燃料地操作。

此外，通过使用被形成为与飞机的发动机分离的、用于产生待供应至飞机空调系统的空调单元的压缩过程空气的压缩机，能够省掉用于排放来自发动机的热压缩引气的引气系统，并且能够省掉用于将该热压缩引气供应至空调系统的空调单元的适合的管路系统。另外，不必提供用于检测引气系统中的泄漏的过热检测系统和用于将热压缩引气供应至空调系统的空调单元的管路系统。与飞机的发动机相反，提供用于驱动压缩机的电能的能量转换器可以在压缩机附近被安装在飞机机身中。因此，将压缩机连接至能量转换器的电线系统可被设计为比将压缩机连接至发动机发电机的电线系统更轻量，特别是考虑到由压缩机的高性能需求导致的电线的大重量。总之，根据本发明的飞机空调系统以简单并由此有成本效益的结构和特别轻的重量为特征。

能量转换器可被设计为液压发电机的形式。例如，能量转换器可包括涡轮机，该涡轮机适于由供应至该能量转换器的液压流体流驱动。涡轮机可经由涡轮机/发电机轴连接至发电机。发电机的转子可被附接至涡轮机/发电机轴，以便允许转子相对于发电机的定子旋转，并因此产生电能。

飞机空调系统可包括液压管路，该液压管路被连接至能量转换器，以便向能量转换器供应经加压的液压流体。例如，液压管路可被连接至能量转换器的涡轮机，从而涡轮机可以被流动通过液压管路的经加压的液压流体驱动。为对流动通过液压管路的液压流体进行加压，能够对液压流体进行加压的泵或另一适合的加压设备可在能量转换器的上游被设置在液压管路中。流动通过液压管路的液压流体的压力可以例如通过适当地控制泵或加压设备的操作而被按需控制。可替代地或除此以外，在液压管路中可以设置至少一个适合的阀，该至少一个阀适于改变液压管路的流动横截面，以便控制流动通过液压管路的液压流体的压力。该泵或该加压设备的操作和/或该至少一个阀的操作可以通过适合的控制单元来控制，优选通过电子控制单元来控制。

优选地，能量转换器被集成到飞机的现有液压系统中。通过将能量转换器集成到飞机的现有液压系统中，为向能量转换器供应液压能量而必须提供的附加部件的数量能够最少，因此飞机空调系统的重量能够最低。基本上，可想到将能量转换器集成到在飞机上存在的任何液压系统中，只要液压管路和像例如液压系统的泵或阀之类的其它液压部件能够承受将液压流体供应至能量转换器所必须的液压流体压力，以便确保能量转换器的正常工作，即以便确保向能量转换器供应充足量的液压能，这允许能量转换器产生用于驱动飞机空调系统的压缩机的充足量的电能。

飞机空调系统可进一步包括环境空气供应管路，该环境空气供应管路连接至压缩机，以便向压缩机供应环境空气。于是，在装备该飞机空调系统的飞机中，能够向飞机机舱供应清洁的环境空气，这提高了飞机机舱内的空气质量。

在操作飞机空调系统的方法中，通过压缩机产生压缩过程空气。通过压缩机产生的压缩过程空气在空调单元中冷却和膨胀。供应至能量转换器的液压能通过能量转换器被转换成电能。由能量转换器通过转换液压能而产生的电能被供应至压缩机。

能量转换器可被设计为液压发电机的形式。

经加压的液压流体可以经由被连接至能量转换器的液压管路被供应至能量转换器。

能量转换器可以被集成到飞机的现有液压系统中。

环境空气可以经由被连接至压缩机的环境空气供应管路被供应至压缩机。

附图说明

下面将参照所附示意图更详细地描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出适合于在飞机空调系统中使用的空调单元的构造和工作原理的图示；以及

图2示出包括根据图1的空调单元的飞机空调系统。

具体实施方式

图1示出适于在根据图2的飞机空调系统100中使用的空调单元10。在空调单元10中，热过程空气通过过程空气管路14被供应至热交换器单元12。在图2所示的示例性空调单元10中，热交换器单元12包括第一热交换器15和第二热交换器16。控制阀18控制通过过程空气管路14的过程空气流。在空调单元10操作期间，流动通过过程空气管路14的过程空气首先被供应至第一热交换器15去进行冷却。

在流动通过第一热交换器15之后，将过程空气引导到压缩机/涡轮机单元20的压缩机18内。通过压缩机18压缩且同时被加热的过程空气在其流动通过第二热交换器16时再次被冷却，最后在压缩机/涡轮机单元20的涡轮机22中经历膨胀和进一步的冷却。离开第一热交换器15的过程空气可以经由旁通管路24被引导越过压缩机/涡轮机单元20。通过旁通管路24的过程空气流由旁通阀26控制。打开旁通阀26引起在压缩机/涡轮机单元20上游流动通过过程空气管路14的较暖空气被供应至过程空气管路14的位于压缩机/涡轮机单元20下游的区域。

供应到热交换器单元12的热交换器15、16的热过程空气通过向流动通过热交换器单元12的冷飞机环境空气的热能传递而被冷却。飞机环境空气通过冲压空气入口通道28被供应至热交换器单元12。在流动通过热交换器单元12之后，通过将其冷却能量传送至热过程空气而被加热的环境空气通过冲压空气出口通道30离开飞机。空调单元10的热交换器单元12的冷却能力可以通过适当地控制通过热交换器单元12的冷环境空气的质量流量来控制。具体地，通过热交换器单元12的环境空气的质量流量可以通过分别适当地调节对冲压空气入口通道28和冲压空气出口通道30的流动横截面进行控制的冲压空气通道风门片32、34的位置来控制。另外，离开空调单元10的经冷却的过程空气的温度可以通过适当地控制空调单元10的压缩机/涡轮机单元30、阀26和其它内阀（图2中未示出）来控制。经由空气排放管路36离开空调单元10的经冷却的过程空气被供应至待进行空气调节的飞机区域38。

如果冲压空气通道风门片32、34最大程度地开启，并且内阀，特别是旁通阀26被关闭，那么实现空调单元10的最大冷却能力，即实现在空调单元10出口处的最低过程空气温度。另一方面，空调单元10的名义冷却能力被限定为在冲压空气通道风门片32、34最小程度地开启并且内阀，特别是旁通阀26关闭时由空调单元10提供的冷却能力。由于被提供用于飞机空调系统中的空调单元传统上被设计用于故障场景，所以它们的名义冷却能力通常超过在飞机正常操作时盛行的冷却能力需求。因此，即使冲压空气通道风门片32、34仅最小程度地开启，在空调单元10的操作期间也经常需要打开内阀，特别是旁通阀26，以便保确保过程空气以期望的温度且不以过低的温度离开空调单元10。

如从图2中变得明显的是，在飞机空调系统100中，从压缩机40经由过程空气管路14向空调单元10供应热的压缩过程空气。压缩机40被形成为与飞机的发动机分离，并被连接至环境空气供应管路42。在操作期间，压缩机40通过环境空气供应管路42从飞机周围环境吸进环境空气，并且将环境空气压缩至适合于将环境空气供应至空调单元10的升高的压力。

进一步，飞机空调系统100包括能量转换器44，能量转换器44适于将液压能转换成电能，并被布置在液压管路46中。加压的液压流体流动通过液压管路46。为对流动通过液压管路46的液压流体进行加压，能够对液压流体进行加压的泵或另外的适合的加压设备（图2中未示出）在能量转换器44上游被设置液压管路46中。流动通过液压管路46的液压流体的压力通过适当地控制泵或加压设备的操作而被控制。可替代地或除此以外，在液压管路46中可设置至少一个适合的阀（图2中未示出），该至少一个阀适于改变液压管路46的流动横截面，以便控制流动通过液压管路46的液压流体的压力。该泵或该加压设备的操作和/或该至少一个阀的操作可以通过适合的控制单元（图2中未示出）来控制。

液压管路46和能量转换器44被集成到飞机的现有液压系统中。因此，为向能量转换器44供应液压能而必须提供的附加部件的数量能够最少，因此飞机空调系统100的重量能够最低。

在图2所示的飞机空调系统100的示例性实施例中，能量转换器44被设计为液压发电机的形式，该液压发电机包括适于由经由液压管路46供应至能量转换器的液压流体流驱动的涡轮机。由能量转换器44产生的电能经由电线48被供应至压缩机40。在飞机空调系统100中，压缩机40不仅被形成为与飞机的发动机分离，而且与飞机的发动机断开电连接，即发动机的发动机发电机不必提供用于驱动压缩机40的电能。作为替代，能量转换器44构成用于驱动压缩机40的独立的电能源。

Claims (10)

1.一种飞机空调系统（100），包括：

压缩机（40），该压缩机（40）适于产生压缩过程空气；

空调单元（10），该空调单元（10）适于冷却和膨胀从所述压缩机（40）供应至所述空调单元（10）的压缩过程空气；以及

能量转换器（44），该能量转换器（44）适于将液压能转换成电能，其中向所述压缩机（40）供应由所述能量转换器（44）通过转换供应至所述能量转换器（44）的液压能而产生的电能。

2.根据权利要求1所述的飞机空调系统，其中所述能量转换器（44）被设计为液压发电机的形式。

3.根据权利要求1所述的飞机空调系统，进一步包括：

液压管路（46），该液压管路（46）被连接至所述能量转换器（44），以便向所述能量转换器（44）供应经加压的液压流体。

4.根据权利要求1所述的飞机空调系统，其中所述能量转换器（44）被集成到飞机的现有液压系统中。

5.根据权利要求1所述的飞机空调系统，进一步包括：

环境空气供应管路（42），该环境空气供应管路（42）被连接至所述压缩机（40），以便向所述压缩机（40）供应环境空气。

6.一种操作飞机空调系统（100）的方法，所述方法包括：

通过压缩机（40）产生压缩过程空气；

在空调单元（10）中冷却和膨胀通过所述压缩机（40）产生的压缩过程空气；

通过能量转换器（44）将液压能转换成电能；以及

将由所述能量转换器（44）通过转换液压能而产生的电能供应至所述压缩机（40）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述能量转换器（44）被设计为液压发电机的形式。

8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

将经加压的液压流体经由被连接至所述能量转换器（44）的液压管路（46）供应至所述能量转换器（44）。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述能量转换器（44）被集成到飞机的现有液压系统中。

10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

将环境空气经由被连接至所述压缩机（40）的环境空气供应管路（42）供应至所述压缩机（40）。