CN107303952A - 利用引气压力辅助的环境控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用引气压力辅助的环境控制系统。本发明提供了一种系统。所述系统包括：第一入口，其提供来自来源的媒介；压缩装置，其与所述第一入口连通；以及至少一个热交换器。所述压缩装置包括：压缩机，其接收所述媒介；第一涡轮机，其在所述压缩机的下游；以及第二涡轮机，其接收所述媒介。所述至少一个热交换器的出口与所述压缩机的入口和所述第一涡轮机的入口成流体连通。

Description

利用引气压力辅助的环境控制系统
背景
一般来说，关于飞行器的目前的空气调节系统，在巡航时利用发动机引气压力向机舱增压和冷却供应动力。举例来说，经由改变增压空气的温度和压力的一连串系统向机舱提供来自飞行器的发动机的增压空气。为了向增压空气的此项准备供应动力，唯一的能量源是空气本身的压力。因此，目前的空气调节系统在巡航时始终都需要相对高的压力。不幸的是，鉴于航空航天行业中朝向更高效的飞行器的总体趋势，相对高的压力在发动机燃料燃烧方面提供了有限的效率。
概要
根据一个实施例，提供了一种系统。所述系统包括：第一入口，其提供来自来源的媒介；压缩装置，其与所述第一入口连通；以及至少一个热交换器。所述压缩装置包括：压缩机，其接收所述媒介；第一涡轮机，其在所述压缩机的下游；以及第二涡轮机，其接收所述媒介。所述至少一个热交换器的出口与所述压缩机的入口和所述第一涡轮机的入口成流体连通。
通过本文实施例的技术实现了额外的特征和优势。本发明的其他实施例和各方面在本文中予以了详细描述，且被视为要求保护的发明的一部分。为了更好地理解本发明的优势和特征，参阅以下描述和图式。
附图简述
在说明书完结时的权利要求书中特别地指出且清楚地要求保护被视为本发明的标的。根据结合附图进行的以下详细描述，本发明的前述和其他特征和优势会显而易见，在附图中：
图1是根据实施例的环境控制系统的示意图；
图2是根据实施例的环境控制系统的操作实例；
图3是根据另一实施例的环境控制系统的操作实例；
图4是根据另一实施例的环境控制系统的操作实例；以及
图5是根据另一实施例的环境控制系统的操作实例。
发明详述
在本文中参考附图通过例证且不带限制性地呈现了对所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
本文的实施例提供环境控制系统，其利用接近机舱压力的引气压力以及根据压力模式在环境控制系统内的不同位置处混合的再循环空气向环境控制系统供应动力，以便以较高的发动机燃料燃烧效率提供机舱增压和冷却。
一般来说，环境控制系统的实施例可以包括一个或多个热交换器和一个压缩装置。从发动机的低压位置引出的媒介流经一个或多个热交换器进入腔室。现在转向图1，说明系统100，其从入口101接收媒介且向腔室102提供媒介的经过调节的形式。系统100包括压缩装置120和热交换器130。所述系统的元件经由阀、导管、管子等进行连接。阀是系统100的通过打开、关闭或部分地阻塞导管、管子等内的各个通路来调节、引导和/或控制媒介的流量的装置。可以通过致动器操作阀，使得可以将系统100的任何部分中的媒介的流动速率调节至所要的值。
如图1中所示，媒介可以从入口101穿过系统100流动到达腔室102，如由实线箭头A、B指示。在系统100中，媒介可以流经压缩装置120、流经热交换器130、从压缩装置120流动到热交换器130、从热交换器130流动到压缩装置120等。此外，媒介还可以采取从入口101到系统100的替代性路径，如由虚线箭头D指示。
一般来说，所述媒介可以是空气，而其他实例包括气体、液体、流化固体或浆料。在通过连接到系统100的发动机例如从入口101提供媒介时，所述媒介在本文中可以被称作引气(还被称为新鲜空气或外部空气)。关于引气，可以利用发动机(或辅助动力单元)的低压位置以接近在媒介处于腔室102中时的媒介压力(例如，腔室压力，在飞行器实例中还被称为机舱压力)的初始压力水平提供所述媒介。
例如，继续以上飞行器实例，可以通过从涡轮机发动机的压缩机级“引出”而将空气供应给环境控制系统。此引气的温度、湿度和压力依据压缩机级和涡轮机发动机每分钟的转数而广泛地变化。由于利用了发动机的低压位置，所以空气可以略微高于或略微低于机舱压力(例如，腔室102中的压力)。从低压位置以此类低压引出空气导致比从更高压力位置引出空气更少的燃料燃烧。然而，因为空气开始于此相对低初始压力水平且因为在一个或多个热交换器上出现压力的下降，所以在空气流经热交换器130时，空气的压力将下降到机舱压力以下。在空气的压力低于机舱压力时，空气将不流动到腔室中来提供增压和温度调节。为了实现所要的压力，引气可以在通过压缩装置120时加以压缩。
压缩装置120是控制并操纵媒介(例如，增加引气的压力)的机械装置。压缩装置120的实例包括空气循环机器、三轮机器、四轮机器等。压缩可以包括压缩机，例如离心式、对角或混流式、轴流式、往复式、离子液体活塞、旋转螺杆、旋转叶片、卷动、隔膜、气泡压缩机等。此外，可以经由涡轮机通过电机或媒介(例如，引气、腔室排放空气，和/或再循环空气)驱动压缩机。
热交换器130是为了从一个媒介到另一媒介的高效热传递而构建的装置。热交换器的实例包括套管、壳和导管、板、板和壳、绝热轮、板翅片、枕板，和流体热交换器。被风扇迫动(例如，经由推动或拉动方法)的空气可以呈可变的冷却气流被吹过热交换器，以便控制引气的最终的空气温度。
鉴于飞行器实例，现在将参考图2描述图1的系统100。图2描绘可以安装在飞行器上的系统200(例如，系统100的实施例)的示意图。
现在将关于利用现代机舱三轮空调系统的飞机的常规的引气驱动的环境控制系统来描述系统200。常规的引气驱动的空气环境控制系统接收处于30磅/平方英寸(例如，在巡航期间)与45磅/平方英寸(例如，在地面上)之间的压力的引气。在常规的引气驱动的空气环境控制系统中，在热天地面操作期间，现代机舱三轮空气调节系统的离心式压缩机接收处于大约45磅/平方英寸的压力的引气的几乎所有流量。此外，在热天巡航操作期间，现代机舱三轮空气调节系统的离心式压缩机仅接收处于30磅/平方英寸的压力的引气的流量的一部分。引气的剩余部分经由现代机舱三轮空气调节系统旁路阀绕过离心式压缩机并且被发送到机舱。
与利用现代机舱三轮空调系统的常规引气驱动的环境控制系统相比，系统200是在高发动机燃料燃烧效率下为飞行器的机组人员和乘客提供空气供应、热控制和机舱增压的飞行器的环境控制系统的实例。系统200说明引气在入口201处流入(例如，在初始流动速率、压力、温度和湿度下关闭飞行器的发动机)，所述引气继而以最终的流动速率、压力、温度和湿度被提供给腔室202(例如，机舱、驾驶舱等)。所述引气还可以采取往回穿过系统200的替代性路径(由实线D1表示)来驱动和/或辅助系统200。
系统包括壳体210以便接收和引导穿过系统200的冲压空气。应注意，基于所述实施例，可以将来自系统200的排气发送到出口(例如，通过壳体210释放到周围空气)。还要注意的是，系统200可以在巡航期间在接近腔室压力的引气压力下工作。
系统200进一步说明阀V1-V7、热交换器220、空气循环机器240(其包括涡轮机243、压缩机244、涡轮机245、风扇248，和轴杆249)、冷凝器260、脱水机270，和再循环风扇280，其中的每一者经由导管、管子等进行连接。应注意，热交换器220是如上文描述的热交换器130的实例。此外，在实施例中，热交换器220是处于主要热交换器(未示出)的下游的辅助热交换器。还要注意的是，空气循环机器240是如上文描述的压缩装置120的实例。
空气循环机器240通过升高和/或降低压力且通过升高和/或降低温度来提取媒介或对媒介起作用。压缩机244是升高从入口201接收的引气的压力的机械装置。涡轮机243、245是经由轴杆249驱动压缩机244和风扇248的机械装置。风扇248是可以经由推动或拉动方法迫使空气以可变冷却的气流跨辅助热交换器220穿过壳体210的机械装置。因此，涡轮机243、245、压缩机244和风扇248一起说明(例如)空气循环机器240可以作为利用从腔室202再循环的空气的四轮空气循环机器而操作。在实施例中，空气循环机器240经由阀V7利用引气的一部分来执行压缩操作，如由路径D1指示。
冷凝器260是特定类型的热交换器。脱水机270是执行从任何来源(例如，引气)收取水的过程的机械装置。再循环风扇280是可以经由推动方法迫使再循环空气进入系统200(如通过点划线箭头D2指示)的机械装置。
在系统200的高压操作模式中，通过阀V1从入口201接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机244。压缩机244对高压高温进行增压且在所述过程中对其加热。此空气随后进入热交换器220且被冲压空气冷却以产生冷却的高压空气(例如，处于大致周围温度)。此冷却的高压空气进入到冷凝器260和脱水机270中，在那里对空气进行冷却且移除水分。冷却的高压空气进入涡轮机243，在那里空气膨胀且对其提取功。来自涡轮机243的功可以驱动压缩机244和风扇248。风扇248用于拉动冲压空气流穿过热交换器220。而且，通过使冷却的高压空气膨胀且对其提取功，涡轮机243产生冷的引气。在离开涡轮机243之后，冷的引气在混合点处与由风扇280通过阀V5和V6提供的再循环空气D2混合。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游和/或在第一涡轮机243的下游。通过使冷的引气与再循环空气D2混合，系统200利用温暖和潮湿的再循环空气来使冷的引气达到平衡(例如，升高温度)。此达到平衡的引气继而进入冷凝器260的低压侧、在冷凝器260的高压侧冷却引气，并且进行发送以调节腔室202。
应注意，当以高压模式操作时，离开压缩机244的空气可能超过燃料的自燃温度(例如，对于稳态是400F，且对于瞬态是450F)。在此情形中，通过阀V2将来自热交换器220的出口的空气以管道输送到压缩机244的入口。这降低进入压缩机244的入口的空气的入口温度，且因此，离开压缩机244的空气低于燃料的自燃温度。
当发动机压力足以驱动循环时或当腔室202的温度需要高压操作模式时，可以在飞行状况下使用所述高压操作模式。举例来说，例如地面慢车、滑行、起飞、爬升和保持状况等状况将使空气循环机器240以高压模式操作。另外，极端温度高海拔巡航状况可以导致空气循环机器240以高压模式操作。
在低压操作模式中，可以对引气进行分割。通过阀V1来自入口201的引气的第一流量绕过空气循环机器240，且在混合点处与由风扇280通过阀V5和V6提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩机244的下游和/或在至少一个热交换器220的上游。混合空气直接经过热交换器220，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V4直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量来保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。利用此功使空气循环机器240以(例如)大约6000rpm的最小速度转动。退出涡轮机245的空气随后通过壳体210被抛向机外。
可以在飞行状况下使用低压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔高于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)高大约1磅/平方英寸。
在升压操作模式中，可以对引气进行分割。通过阀V1来自入口201的引气的第一流量进入压缩机244，在那里引气经过压缩和加热。来自压缩机244的经过压缩和加热的空气在混合点处与来自阀V5和V6的再循环空气混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩机244的下游和/或在至少一个热交换器220的上游。混合空气进入热交换器220，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V4直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量来保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。由涡轮机245提取的功的量足以使空气循环机器240以压缩机244所需的速度转动，以将引气的压力升高到可以驱动引气穿过热交换器220并且进入腔室202的值。
可以在飞行状况下使用升压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔低于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)低2.5磅/平方英寸。
鉴于飞行器实例，现在将参考图3描述图1的系统100。图3描绘可以安装在飞行器上的系统300(例如，系统100的实施例)的示意图。为了易于阐释，已经通过使用相同的识别符再用类似于系统200的系统300的组件，且不再次介绍。系统300的替代性组件包括阀V8、再热器350、冷凝器2360和脱水机370，以及通过点划线D3表示的用于再循环空气的替代性路径。
再热器250和冷凝器260是特定类型的热交换器。脱水机270是执行从任何来源(例如，引气)收取水的过程的机械装置。再热器250、冷凝器260和/或脱水机270可以一起组合为高压水分离器。
在高压操作模式中，通过阀V1从入口201接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机244。压缩机244对高压高温进行增压且在所述过程中对其加热。此空气随后进入热交换器220且被冲压空气冷却以产生冷却的高压空气(例如，处于大致周围温度)。此冷却的高压空气进入再热器350中，在那里其被冷却；穿过冷凝器360，在那里其被来自涡轮机243的空气冷却；穿过脱水机307，在那里空气中的水分被移除；以及再次进入再热器350，在那里空气被加热到几乎是再热器350处的入口温度。温暖的高压且现在是干燥的空气进入涡轮机243，在那里空气膨胀且对其提取功。来自涡轮机243的功可以驱动压缩机244和风扇248。风扇248用于拉动冲压空气流穿过热交换器220。在离开涡轮机243之后，通常在冰点以下的冷空气冷却冷凝器360中的温暖的湿空气。在冷凝器360的下游，离开空气循环机器240的冷空气在混合点处与由风扇280通过阀V8提供的再循环空气D3混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游和/或在第一涡轮机243的下游。随后发送此混合空气以调节腔室202。
当以高压模式操作时，离开压缩机244的空气可能超过燃料的自燃温度(例如，对于稳态是400F，且对于瞬态是450F)。在此情形中，通过阀V2将来自热交换器220的第一通路的出口的空气以管道输送到压缩机244的入口。这降低进入压缩机244的入口的空气的入口温度，且因此，离开压缩机244的空气低于燃料的自燃温度。
当发动机压力足以驱动循环时或当腔室202的温度需要高压操作模式时，可以在飞行状况下使用所述高压操作模式。举例来说，例如地面慢车、滑行、起飞、爬升和保持状况等状况将使空气循环机器240以高压模式操作。另外，极端温度高海拔巡航状况可以导致空气循环机器240以高压模式操作。
在低压操作模式中，可以对引气进行分割。来自入口201的引气的第一流量经由阀V3完全绕过空气循环机器240，且在混合点处与由风扇280通过阀V8和V5提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩机244的下游和/或在至少一个热交换器220的上游。混合空气直接经过热交换器220，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V4直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量来保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。利用此功使空气循环机器240以(例如)大约6000rpm的最小速度转动。退出涡轮机245的空气随后通过壳体210被抛向机外。
可以在飞行状况下使用低压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔高于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)高大约1磅/平方英寸。
在升压操作模式中，可以对引气进行分割。通过阀V1来自入口201的引气的第一流量进入压缩机244，在那里引气经过压缩和加热。来自压缩机244的经过压缩和加热的空气在混合点处与由风扇280通过阀V8和V5提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩机244的下游和/或在至少一个热交换器220的上游。混合空气进入热交换器220，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V4直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量来保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。由涡轮机245提取的功的量足以使空气循环机器240以压缩机244所需的速度转动，以将引气的压力升高到可以驱动引气穿过热交换器220并且进入腔室202的值。
可以在飞行状况下使用升压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔低于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)低2.5磅/平方英寸。
鉴于飞行器实例，现在将参考图4描述图1的系统100。图4描绘可以安装在飞行器上的系统400(例如，系统100的实施例)的示意图。为了易于阐释，已经通过使用相同的识别符再用类似于系统200和系统300的系统300组件，且不再次介绍。系统400的替代性组件是阀V9，以及所描绘的替代性路径。
在高压操作模式中，通过阀V1从入口201接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机244。压缩机244对高压高温进行增压且在所述过程中对其加热。此空气随后进入热交换器220的第一通路且被冲压空气冷却。退出热交换器220的第一通路的空气随后执行热交换器220的第二通路，从而产生冷却的高压空气。此冷却的高压空气通过阀V9进入冷凝器260和脱水机270，在那里对空气进行冷却且移除水分。冷却的高压空气进入涡轮机243，在那里空气膨胀且对其提取功。来自涡轮机243的功可以驱动压缩机244和风扇248，其用于拉动冲压空气流穿过热交换器220。通过膨胀且提取功，涡轮机243产生冷的引气。在离开涡轮机243之后，冷的引气在混合点处与来自阀V5和V6的再循环空气D2混合。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游和/或在第一涡轮机243的下游。通过使冷的引气与由风扇280通过阀V5和V6提供的再循环空气D2混合，系统200利用温暖和潮湿的再循环空气来使冷的引气达到平衡(例如，升高温度)。此达到平衡的引气继而进入冷凝器260的高压侧、在冷凝器260的高压侧冷却引气，并且进行发送以调节腔室202。
当以高压模式操作时，离开压缩机244的空气可能超过燃料的自燃温度(例如，对于稳态是400F，且对于瞬态是450F)。在此情形中，通过阀V2将来自热交换器220的第一通路的出口的空气以管道输送到压缩机244的入口。这降低进入压缩机244的入口的空气的入口温度，且因此，离开压缩机244的空气低于燃料的自燃温度。
当发动机压力足以驱动循环时或当腔室202的温度需要高压操作模式时，可以在飞行状况下使用所述高压操作模式。举例来说，例如地面慢车、滑行、起飞、爬升和保持状况等状况将使空气循环机器240以高压模式操作。另外，极端温度高海拔巡航状况可以导致空气循环机器240以高压模式操作。
在低压操作模式中，可以对引气进行分割。来自入口201的引气的第一流量经由阀V3完全绕过空气循环机器240，且直接经过热交换器220的第一通路。在退出所述第一通路之后，引气随后在混合点处与由风扇280通过阀V5和V6提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游。此混合点还可以被称为在至少一个热交换器220的第二通路的上游。混合空气进入热交换器220的第二通路，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量来保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。利用此功使空气循环机器240以(例如)大约6000rpm的最小速度转动。退出涡轮机245的空气随后通过壳体210被抛向机外。
可以在飞行状况下使用低压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔高于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)高大约1磅/平方英寸。
在升压操作模式中，可以对引气进行分割。来自入口201的引气的第一流量进入压缩机244，在那里引气经过压缩和加热。来自压缩机244的经过压缩和加热的空气通过热交换器220的第一通路，且在混合点处与由风扇280通过阀V5和V6提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游。所述混合点还可以被称为在至少一个热交换器220的第二通路的上游。混合空气进入热交换器220的第二通路，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量提供能量来对进入压缩机244的引气进行增压。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。由涡轮机245提取的功的量足以使空气循环机器240以压缩机244所需的速度转动，以将引气的压力升高到可以驱动引气穿过热交换器220并且进入腔室202的值。
可以在飞行状况下使用升压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔低于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)低2.5磅/平方英寸。
鉴于飞行器实例，现在将参考图5描述图1的系统100。图5描绘可以安装在飞行器上的系统500(例如，系统100的实施例)的示意图。为了易于阐释，已经通过使用相同的识别符再用类似于系统200、300和400的系统500的组件，且不再次介绍。
在高压操作模式中，通过阀V1从入口201接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机244。压缩机244对高压高温进行增压且在所述过程中对其加热。此空气随后进入热交换器220的第一通路且被冲压空气冷却。退出热交换器220的第一通路的空气随后执行热交换器220的第二通路，从而产生冷却的高压空气。此冷却的高压空气通过阀V9进入再热器350中，在那里其被冷却；穿过冷凝器360，在那里其被来自涡轮机243的空气冷却；穿过脱水机307，在那里移除空气中的水分；以及再次进入再热器350，在那里空气被加热到几乎是阀V9处的入口温度。温暖的高压且现在是干燥的空气进入涡轮机243，在那里空气膨胀且对其提取功。来自涡轮机243的功可以驱动压缩机244和风扇248。风扇248用于拉动冲压空气流穿过热交换器220。在离开涡轮机243之后，通常在冰点以下的冷空气冷却冷凝器360中的温暖的湿空气。在冷凝器360的下游，离开空气循环机器240的冷空气在混合点处与由风扇280通过阀V8提供的再循环空气D3混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游和/或在第一涡轮机243的下游。随后发送此混合空气以调节腔室202。
当以高压模式操作时，离开压缩机244的空气可能超过燃料的自燃温度(例如，对于稳态是400F，且对于瞬态是450F)。在此情形中，通过阀V2将来自热交换器220的第一通路的出口的空气以管道输送到压缩机244的入口。这降低进入压缩机244的入口的空气的入口温度，且因此，离开压缩机244的空气低于燃料的自燃温度。
当发动机压力足以驱动循环时或当腔室202的温度需要高压操作模式时，可以在飞行状况下使用所述高压操作模式。举例来说，例如地面慢车、滑行、起飞、爬升和保持状况等状况将使空气循环机器240以高压模式操作。另外，极端温度高海拔巡航状况可以导致空气循环机器240以高压模式操作。
在低压操作模式中，可以对引气进行分割。来自入口201的引气的第一流量经由阀V3完全绕过空气循环机器240，且直接经过热交换器220的第一通路。在退出所述第一通路之后，引气随后在混合点处与由风扇280通过阀V5提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游。此混合点还可以被称为在至少一个热交换器220的第二通路的上游。混合空气进入热交换器220的第二通路，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量来保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。利用此功使空气循环机器240以(例如)大约6000rpm的最小速度转动。退出涡轮机245的空气随后通过壳体210被抛向机外。
可以在飞行状况下使用低压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔高于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)高大约1磅/平方英寸。
在升压操作模式中，可以对引气进行分割。通过阀V1来自入口201的引气的第一流量进入压缩机244，在那里引气经过压缩和加热。来自压缩机244的经过压缩和加热的空气通过热交换器220的第一通路，且在混合点处与由风扇280通过阀V5提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在此情况下，所述混合点在压缩装置240的下游，其还可以被称为在压缩机244的下游。此混合点还可以被称为在至少一个热交换器220的第二通路的上游。混合空气进入热交换器220的第二通路，在那里其被冲压空气冷却到腔室202所需的温度，从而产生冷却的空气。冷却的空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，使用引气的第二流量提供能量来对进入压缩机244的引气进行增压。也就是说，通过阀V7来自入口201的引气的第二流量(如由路径D1表示)进入涡轮245并且跨涡轮245膨胀，使得功被提取。由涡轮机245提取的功的量足以使空气循环机器240以压缩机244所需的速度转动，以将引气的压力升高到可以驱动引气穿过热交换器220并且进入腔室202的值。
可以在飞行状况下使用升压模式，其中进入空气循环机器240的引气的压力比腔室压力(例如，海拔低于30,000英尺的在巡航时的状况，和处于或接近标准周围日间类型的状况)低2.5磅/平方英寸。
鉴于以上内容，一个或多个实施例可以包括一种系统，其包括：第一入口，所述第一入口提供来自来源的媒介；压缩装置，其与所述第一入口连通，其中所述压缩装置包括：压缩机，其被配置成接收媒介；第一涡轮机，其在所述压缩机的下游；以及第二涡轮机，其被配置成接收媒介；以及至少一个热交换器，其中至少一个热交换器的出口与压缩机的入口和第一涡轮机的入口成流体连通。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统，其可配置成以包括第一模式和第二模式的至少两个模式操作，其中，在所述第一模式中，媒介在第一混合点处与再循环媒介混合，且其中，在第二模式中，媒介在第二混合点处与再循环媒介混合。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第一混合点定位在所述压缩装置的压缩机的下游。
一或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第一混合点在至少一个热交换器的上游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第二混合点在第一涡轮机的下游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是低压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是升压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第二模式是高压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述至少一个热交换器包括媒介流经的多个通路。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一混合点在所述多个通路中的第一通路的下游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中在所述系统以所述第一模式操作时，所述第二涡轮机接收媒介以向压缩机供应动力。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中在所述系统以第一模式操作时，所述第二涡轮机接收媒介以维持压缩装置的最小速度。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是升压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是低压模式。
鉴于以上内容，一个或多个实施例可以包括一种系统，其包括：第一入口，所述第一入口提供来自来源的媒介；压缩装置，其与所述第一入口连通，其中所述压缩装置包括：压缩机，其被配置成接收媒介；第一涡轮机，其在所述压缩机的下游；以及第二涡轮机，其被配置成接收媒介；以及至少一个热交换器，其中至少一个热交换器包括所述媒介流经的多个通路，其中所述多个通路中的第一通路的出口与压缩机的入口成流体连通，且其中所述多个通路中的最后通路的出口与所述第一涡轮机的入口成流体连通。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统，其可配置成以包括第一模式和第二模式的至少两个模式操作，其中，在所述第一模式中，媒介在第一混合点处与再循环媒介混合，且其中，在第二模式中，媒介在第二混合点处与再循环媒介混合。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第一混合点定位在所述压缩装置的压缩机的下游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一混合点在所述多个通路中的第一通路的下游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第二混合点在第一涡轮机的下游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是低压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是升压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第二模式是高压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中在所述系统以所述第一模式操作时，所述第二涡轮机接收媒介以向压缩机供应动力。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是升压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中所述第一模式是低压模式。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中在所述系统以第一模式操作时，所述第二涡轮机接收媒介以维持压缩装置的最小速度。
本文参考根据本发明的实施例的方法、设备和/或系统的流程图说明、示意图和/或框图来描述实施例的各方面。此外，已经出于说明的目的呈现了各种实施例的描述，但是所述描述不打算是详尽的或者受限于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域技术人员来说将显而易见。本文使用的术语经过选择以便最佳地阐释实施例的原理、实际应用或对市场中发现的技术的技术改进，或者使得本领域其他技术人员能够理解本文公开的实施例。
本文使用的术语是用于仅描述特定实施方案的目的，且不打算限制本发明。如在本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则希望单数形式“一”和“所述”也包括复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当用于本说明书中时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除更多其他特征、整体、步骤、操作、元件组件和/或其群组的存在或添加。
本文描绘的流程图仅是一个实例。在不脱离本发明的精神的情况下，对于其中描述的此图或步骤(或操作)可能存在许多变化。例如，可以通过不同次序执行各个步骤，或者可以添加、删除或修改步骤。所有这些变化都被视为本发明的一部分。
虽然已经描述了本发明的优选实施例，但应了解，本领域技术人员在现在和未来可以作出属于所附权利要求书范围内的各种改进和增强。这些权利要求将被解释为维持对第一次描述的本发明的适当保护。

Claims (15)

1.一种系统，其包括：
第一入口，其提供来自来源的媒介；
压缩装置，其与所述第一入口连通，其中所述压缩装置包括：
压缩机，其被配置成接收所述媒介，
第一涡轮机，其在所述压缩机的下游，以及
第二涡轮机，其被配置成接收所述媒介；以及
至少一个热交换器，
其中所述至少一个热交换器的出口与所述压缩机的入口和所述第一涡轮机的入口成流体连通。
2.如权利要求1所述的系统，其可配置成以包括第一模式和第二模式的至少两个模式操作，
其中，在所述第一模式中，所述媒介在第一混合点处与再循环媒介混合，且
其中，在所述第二模式中，所述媒介在第二混合点处与所述再循环媒介混合。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一混合点定位在所述压缩装置的所述压缩机的下游。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述第二混合点在所述第一涡轮机的下游。
5.如权利要求2所述的系统，其中所述第一模式是低压模式。
6.如权利要求2所述的系统，其中所述第一模式是升压模式。
7.如权利要求2所述的系统，其中所述第二模式是高压模式。
8.如权利要求2所述的系统，其中在所述系统以所述第一模式操作时，所述第二涡轮机接收所述媒介以向所述压缩机供应动力。
9.如权利要求2所述的系统，其中在所述系统以所述第一模式操作时，所述第二涡轮机接收所述媒介以维持所述压缩装置的最小速度。
10.一种系统，其包括：
第一入口，其提供来自来源的媒介；
压缩装置，其与所述第一入口连通，其中所述压缩装置包括：
压缩机，其被配置成接收所述媒介，
第一涡轮机，其在所述压缩机的下游，以及
第二涡轮机，其被配置成接收所述媒介；以及
至少一个热交换器，
其中所述至少一个热交换器包括所述媒介流经的多个通路，
其中所述多个通路中的第一通路的出口与所述压缩机的入口成流体连通，且
其中所述多个通路中的最后通路的出口与所述第一涡轮机的入口成流体连通。
11.如权利要求10所述的系统，其可配置成以包括第一模式和第二模式的至少两个模式操作，
其中，在所述第一模式中，所述媒介在第一混合点处与再循环媒介混合，且
其中，在所述第二模式中，所述媒介在第二混合点处与所述再循环媒介混合。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一混合点定位在所述压缩装置的所述压缩机的下游。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述第一混合点在所述多个通路中的所述第一通路的下游。
14.如权利要求11所述的系统，其中所述第二混合点在所述第一涡轮机的下游。
15.如权利要求11所述的系统，其中所述第二模式是高压模式。
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