CN107303954A - 环境控制系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种环境控制系统。所述系统包括：提供第一介质的入口；提供第二介质的入口；压缩装置，其包括压缩机和涡轮机；以及至少一个热交换器，其位于所述压缩机的下游。所述压缩装置与提供所述第一介质的所述入口连通。所述涡轮机位于所述压缩机的下游。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涡轮机的入口流体连通。

Description

环境控制系统

背景技术

一般而言，关于飞机的当前空调系统，机舱加压和冷却通过巡航时的发动机放出压力来提供动力。例如，来自飞机的发动机的加压空气通过改变加压空气的温度和压力的一系列系统来提供至机舱。为了对加压空气的这种制备提供动力，唯一能源是空气自身的压力。因此，当前空调系统在巡航时始终要求相对高的压力。不幸的是，鉴于航天工业趋向于更有效的飞机的整体趋势，相对高的压力关于发动机燃料燃烧提供有限的效率。

发明内容

根据一个实施方案，提供一种系统。所述系统包括：提供第一介质的入口；提供第二介质的入口；压缩装置，其包括压缩机和涡轮机；以及至少一个热交换器，其位于压缩机的下游。压缩装置与提供第一介质的入口连通。涡轮机位于压缩机的下游。至少一个热交换器的出口与压缩机的入口和涡轮机的入口流体连通。

通过本文的实施方案的技术实现另外的特征和优点。其他实施方案和方面在本文中进行了详细描述，并且被视为权利要求书的一部分。为了更好地理解实施方案以及优点和特征，参考描述和绘图。

附图说明

主题在本说明书的结论处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。前述和其他特征以及优点从结合附图进行的以下详细描述中显而易见，在附图中：

图1是根据一个实施方案的环境控制系统的示意图；

图2是根据一个实施方案的环境控制系统的操作实例；

图3是根据另一个实施方案的环境控制系统的操作实例；

图4是根据另一个实施方案的环境控制系统的操作实例；

图5是根据另一个实施方案的环境控制系统的操作实例；

图6是根据另一个实施方案的环境控制系统的操作实例；并且

图7是根据另一个实施方案的环境控制系统的操作实例。

具体实施方式

参考附图，本文通过举例而非限制的方式呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。

本文的实施方案提供一种环境控制系统，其利用机舱空气来增加以稍微高于机舱压力的压力水平放出的下部发动机放出空气的压力，以便由此以高的发动机燃料燃烧效率提供机舱加压和冷却。

一般而言，本文所公开的实施方案可包括一种系统，其包括一个或多个热交换器和一个压缩装置。介质流动通过一个或多个热交换器。介质可从发动机的低压位置放出，穿过一个或多个热交换器进入舱室。发动机的低压位置提供初始压力水平的介质，所述初始压力水平接近一旦介质处在舱室内就呈现的介质压力(例如，舱室压力)。介质可稍微高于或稍微低于舱室压力。在这种低压下从低压位置放出介质引起比从高压位置放出空气更少的燃料燃烧。然而，因为介质以这个相对低的初始压力水平开始并且因为在一个或多个热交换器上会出现压降，所以在介质流动通过所述一个或多个热交换器时，介质可下降到低于舱室压力。当介质的压力低于舱室的压力时，介质不会流入舱室中以便提供加压和温度调节。

因此，与一个或多个热交换器连通的压缩装置被用来调节流动通过一个或多个热交换器的介质的压力，以确保存在充分的压力来将介质提供到舱室中。压缩装置利用介质本身作为动力源来调节介质的压力。然而，从发动机放出的处于初始压力水平下的介质单独可能不能向压缩装置供应足够的动力以便确保将介质的压力增加到高于舱室压力以确保介质流入舱室中。压缩装置还可包括动力涡轮机，所述动力涡轮机利用来自舱室的排出空气来向压缩装置提供另外的动力。以这种方式，压缩装置与涡轮机一起在介质流动通过一个或多个热交换器时调节/增加其压力，以便由此允许系统与放出空气的低压位置源连接。

例如，鉴于飞机实施方案，机舱空调系统(例如，环境控制系统) 的空气循环机(例如，压缩装置)利用从飞机的发动机放出的空气(例如，放出空气，其可被称为外部空气或新鲜空气)的压力作为能量源。涡轮机被添加到飞机的空气循环机并且可利用货舱、机舱或驾驶舱的空气的压力(例如，一般而言机舱压力)作为能量源以便向空气循环机提供补充动力。空气循环机利用组合的能量源来制备放出空气，以使得机舱空调系统可利用来自飞机的发动机的处于上述初始压力水平 (即，稍微高于或低于机舱压力的压力水平)下的放出空气。初始压力水平的值的实例包括以下压力水平：比机舱压力大5psia、处于5psia、或在机舱压力与5psia之间(例如，机舱压力一般处于12psia)。

图1示出系统100，其中介质(例如，空气)从入口101流动到舱室 102。在系统100中，介质从入口101流动到初级热交换器110(例如，实线箭头A)，从初级热交换器110流动到压缩装置120(例如，实线箭头B)，从压缩装置120流动到次级热交换器130(例如，实线箭头C)，并且从次级热交换器130流动到舱室102(例如，实线箭头D)。

一般而言，介质可以是空气，而其他实例包括气体、液体、流化固体或浆料。当介质从系统100的舱室102提供时，介质在本文中被称为再循环空气。当介质由连接到系统100的发动机(诸如从入口101) 提供时，介质在本文中可被称为放出空气。关于放出空气，发动机的低压位置(或辅助动力单元)可用来提供初始压力水平下的介质，所述初始压力水平接近介质在处于舱室102中时的压力(例如，舱室压力，在飞机实例中也被称为机舱压力)。

在一个实施方案中，系统100是交通工具(诸如飞机或船只)的为交通工具的机组人员和乘客提供空气供应、热控制和机舱加压的任何环境控制系统(例如，飞机的机舱空调系统)。所述系统还可包括航空电子设备冷却、烟雾检测和灭火。例如，在飞机上，通过从燃气涡轮发动机的压缩机级“放出”来向环境控制系统供应空气。这种“放出空气”的温度和压力根据压缩机级和燃气涡轮发动机的每分钟转数而广泛地变化。为了实现所期望的温度，放出空气在其穿过至少一个热交换器(例如，交换器110、130)时被冷却。为了实现所期望的压力，放出空气在其穿过压缩装置(例如，压缩装置120)时被压缩。

关于为飞机的交通工具，系统100是向任何环境、诸如飞机的机舱(例如，舱室102)和驾驶舱供应加压空气(例如，介质)以实现舒适度和加压两者的环境控制系统。由ECS供应的加压空气可来自发动机的压缩机级(例如，通过放气系统)和/或直接来自外部空气(例如，通过冲压空气系统)。ECS与放气系统中的发动机的相互作用影响执行与所述相互作用相关的操作(诸如供应加压空气)对于发动机所需的燃料燃烧的量。例如，在飞机的放气系统中，在发动机核心的发动机压缩机区域中的预定级位置处从发动机核心抽取空气，以便向飞机机舱提供冷却空气。

热交换器(例如，初级热交换器110和次级热交换器130)是为了一种介质到另一种介质的高效热传递而构造的设备。热交换器的实例包括套管式、壳管式、板式、板壳式、绝热轮式、板翅式、枕板式和流体热交换器。继续以上飞机实例，由风扇迫使(例如，通过推动或拉动方法)的空气以可变冷却气流吹过热交换器，以便控制放出空气的最终空气温度。

压缩装置120(例如，如下所述的空气循环机)是控制和操纵介质 (例如，增加放出空气的压力)的机械装置。压缩机的实例包括离心式、斜流式或混流式、轴流式、往复式、离子液体活塞式、旋转螺旋式、旋叶式、涡旋式、膜片式、气泡式压缩机。此外，压缩机通常由电机、电动机或介质(例如，放出空气、舱室排放空气和/或再循环空气)通过蒸汽或燃气涡轮机驱动。

在操作中，系统100的初级热交换器110接收(例如，箭头A)处于第一压力和第一温度下的介质。初级热交换器110随后使介质冷却，从而使第一压力下降至第二压力。

接下来，介质被传送(例如，箭头B)至压缩装置120，所述压缩装置120调节在系统100内流动的介质的压力，使介质的第二压力升高至第三压力，所述第三压力的值高于第二压力。因此，在系统100中，压缩装置120在介质离开初级热交换器110(例如，箭头B)时使介质的压力增加，以使得次级热交换器130在其输入端可接收处于较高压力下的介质(例如，箭头C)。如图1所示，压缩装置120包括涡轮机142，所述涡轮机142利用来自舱室102(例如，箭头E)的废气以便向压缩装置120提供另外的动力。

应理解，单个热交换器实施方案可与以上系统100相一致地实现，其中压缩机在介质流动通过单个热交换器之前或之后使介质的压力增加。

返回至图1，介质随后被传送(例如，箭头C)至次级热交换器130，所述次级热交换器130在介质离开(例如，箭头D)到达舱室102之前再次使介质冷却。

关于飞机实例，以下论述图1。一般而言，从低压位置放出空气引起比从高压位置放出空气更少的燃料燃烧。然而，因为在系统100 上会出现压降，所以当空气从低压位置放出时，从入口101流动到舱室102的放出空气将发生到低于最终压力(流入舱室中所需的压力)的内部压降。如果系统100中的空气压力下降到低于舱室102处所期望的压力(例如，最终压力)，那么系统100将停止向舱室102供应放出空气，并且进而停止向飞机的机舱供应放出空气。这就是系统100采用压缩装置220以便确保放出空气在传递到次级热交换器130上并且传递到舱室102上之前被增压到高于最终压力的原因。

此外，系统100可被设计成通过从发动机的低压位置抽取放出空气来获得甚至更高的燃料燃烧效率，其中压力处于稍微高于舱室102 处所期望的压力(例如，最终压力)的水平。如以上指出的，因为系统 100的动力源是放出空气本身，所以位于发动机的这种低压位置处的放出空气可能不能向压缩装置120供应足够的动力以便在放出空气传递到次级热交换器上之前使放出空气增压到高于最终压力。因此，涡轮机142被添加到压缩装置120并且来自舱室102的空气被用来驱动涡轮机124，以便向压缩装置120提供补充动力。也就是说，涡轮机 142通过以下方式增加可用于压缩机120的动力：从舱室102内部的空气与舱室102外部的周围空气压力之间的压力梯度获取动力。

以这种方式，除了放出空气之外，来自舱室102的空气被用来驱动压缩装置120，以使得由于放出空气从发动机的最低可能压力位置 (例如，处于稍微高于典型机舱压力的水平，例如像1psig或更大)放出而可获得最高的燃料效率。有可能的是，在一些系统构型中，从发动机放出低于所需压力的空气以便对机舱进行加压(例如，-1psig)，并且使用从放出空气本身获取的能量以及从机舱与外部环境的压力梯度获取的能量、通过压缩机来使放出空气的压力增加以便向机舱提供经调节的加压空气。

鉴于以上飞机实例，现将参考图2-3描述图1的系统100。图2 示出环境控制系统200(例如，系统100的一个实施方案)，除了图1 的先前描述的物品之外，所述环境控制系统200还包括外壳201、阀 208、压缩装置120(其包括动力涡轮机242、涡轮机244、压缩机245、风扇248和轴杆249)、第三热交换器250以及脱水机260，其中的每一个通过管子、管道、导管等连接，以使得来自飞机的发动机的低压位置的放出空气在入口101处在初始流速、压力和温度下被接受并且在最终流速、压力和温度下被提供至舱室102(例如，机舱、驾驶舱等)。以这种方式，在舱室102处的放出空气的凭证(例如，最终流速、压力和温度)使得飞机能够从环境控制系统200接收加压且冷却的空气。

环境控制系统200是飞机中为飞机的机组人员和乘客提供空气供应、热控制和机舱加压的环境控制系统的实例。外壳201是使用由运动中的飞机产生的动态空气压力来增加外壳内的静态空气压力的冲压系统的冲压室的实例。

阀(诸如阀208)是以下装置：通过打开、关闭或部分地阻碍环境控制系统200的管子、管道等内的各种通道来调节、引导和/或控制介质 (例如，气体、液体、流化固体或浆料，诸如放出空气)流。阀可通过致动器来操作，以使得环境控制系统200的任何部分中的任何介质的流速可被调节为期望值。例如，阀208允许将飞机外部的周围空气引入至外壳201中，以使得周围空气可穿过第一热交换器和第二热交换器，并且在作为废气离开之前使放出空气冷却(例如，引入方法可以是由压缩装置120的轴杆249驱动的风扇248进行的拉动方法，或如上所述的冲压方法)。

压缩装置120可以是控制并操纵介质(例如，增加放出空气的压力) 的空气循环机。涡轮机244是通过轴杆249驱动压缩机245和风扇248 的机械装置。压缩机245是调节从第一热交换器接收的放出空气的压力的机械装置。风扇248是通过推动或拉动方法迫使空气通过外壳 201，从而以可变冷却气流跨过热交换器的机械装置。涡轮机244、压缩机245和风扇248一起调节压力，并且示出例如空气循环机(例如，压缩装置120)可作为三轮式空气循环机操作。反过来，三轮式空气循环机可包括动力涡轮机242的添加，所述动力涡轮机242利用来自舱室102(例如，箭头E)的废气来向压缩装置120提供另外的动力。应注意，涡轮机的添加不会将三轮式空气循环机改变为四轮式冷凝循环，因为两个涡轮机242、244是串联的并且四轮式冷凝循环不使用来自舱室102的废气作为驱动循环的能量源。来自舱室102的废气随后被运送至出口299(例如，释放至周围空气)。应注意，压缩装置120 可被认为是空调组件或用于执行热力学工作的组件。在一个实施方案中，所述组件还可从入口101处的质量流量控制阀开始并且在空气离开到达舱室102时结束。

热交换器250是如上所述的热交换器的实例。脱水机260是执行暂时地或永久地从任何源(诸如放出空气)取得水的过程的机械装置。

鉴于以上所述，应注意涡轮机142、242的位置可改变。图3示出环境控制系统300(例如，系统100的另一个实施方案)，除了图1 和图2的先前描述的物品之外，所述环境控制系统300包括相对于外壳201的壁最佳放置的动力涡轮机342。就这一点而言，例如，三轮式空气循环机和四轮式空气循环机上的最佳动力涡轮机放置将通过以下方式提供在一定海拔下减少的风扇动力吸收：增加风扇248流动并且向风扇转子入口添加预旋转，由此提供增强的压力增加；移除动力涡轮机废气导管并且去除排放需求；消除潜在的动力涡轮机废气结冰问题；确保紧凑型封装件中的最小空气循环机长度；当动力涡轮机在地面操作期间被关掉时提供由于低风扇静态压力所致的动力涡轮机转子冷却(从机舱抽吸冷却流)；等等。

涡轮机142、242、342的另外的实施方案可包括空气循环机，其中将轴向动力涡轮机布置添加至三轮式循环(例如，涡轮机、压缩机、动力涡轮机和风扇布置)、四轮式循环(例如，第二涡轮机、第一涡轮机、压缩机、动力涡轮机和风扇布置)等，其中轴向动力涡轮机利用舱室102废气并且将舱室102废气排放至周围压力。这个实施方案包括以下益处：轴向动力涡轮机对一定长度的空气循环机具有最小影响(例如，实现紧凑型封装件)以及轴向动力涡轮机排放至冲压风扇入口(例如，通过涡轮机增加风扇流和风扇入口预旋转，废气减少在一定海拔下的风扇动力吸收，减少放出压力需求，不需要涡轮机废气管道，使用热风扇空气避免涡轮机出口结冰)。

涡轮机142、242、342的另外的实施方案可包括空气循环机，其中将径向动力涡轮机布置添加至三轮式循环(例如，涡轮机、压缩机、动力涡轮机和风扇布置)、四轮式循环(例如，第二涡轮机、第一涡轮机、压缩机、动力涡轮机和风扇布置)等，其中径向动力涡轮机利用舱室102废气并且将舱室102废气排放至周围压力。这个实施方案包括叶尖涡轮机风扇的益处并且减小了空气循环机的长度(例如，实现紧凑型封装件)。

涡轮机142、242、342的另外的实施方案可包括空气循环机，其中将动力叶尖涡轮机风扇布置添加至三轮式循环(例如，涡轮机、压缩机和动力涡轮机/风扇布置)、四轮式循环(例如，第二涡轮机、第一涡轮机、压缩机和动力涡轮机/风扇布置)等，其中动力叶尖涡轮机利用舱室102废气并且将舱室102废气排放至周围压力。这个实施方案包括以下益处：径向动力涡轮机具有最小成本(例如，实现廉价封装件)；径向动力涡轮机排放至冲压风扇入口；以及在地面操作期间动力涡轮机转子冷却。

鉴于飞机实例，现将参考图4描述图1的系统100。图4描绘如可安装在飞机上的系统400(例如，系统100的一个实施方案)的示意图。

现在将相对于利用现代机舱三轮式空调系统的飞机的常规放出空气驱动的环境控制系统来描述系统200。常规放出空气驱动的空气环境控制系统接收处于30psia(例如，在巡航期间)与45psia(例如，在地面上)之间的压力下的放出空气。在常规放出空气驱动的空气环境控制系统中，在热天地面操作期间，现代机舱三轮式空调系统的离心式压缩机接收几乎所有处于约45psia压力下的放出空气流。此外，在热天巡航操作期间，现代机舱三轮式空调系统的离心式压缩机仅接收处于30psia压力下的放出空气流的一部分。放出空气的其余部分通过现代机舱三轮式空调系统旁通阀绕过离心式压缩机并且被发送至机舱。

与利用现代机舱三轮式空调系统的常规放出空气驱动的环境控制系统相反，系统400是飞机的以较高的发动机燃料燃烧效率为飞机的机组人员和乘客提供空气供应、热控制和机舱加压的环境控制系统的实例。系统400示出在入口401处流动(例如，以初始流速、压力、温度和湿度离开飞机的发动机)的放出空气，所述放出空气进而以最终流速、压力、温度和湿度被提供至舱室402(例如，机舱、驾驶舱等)。放出空气可从舱室402往回再循环通过系统400(本文中机舱排放空气和再循环空气分别由点划线D1和D2表示)以便驱动和/或协助系统 400。

所述系统包括外壳410，所述外壳410用于接收冲压空气并引导冲压空气通过系统400。应注意，基于所述实施方案，来自系统400 的废气可被发送至出口(例如，通过外壳410释放至周围空气)。还应注意，在巡航期间系统400可在接近舱室压力的放出压力下工作。

系统400进一步示出阀V1-V7、热交换器420、空气循环机440(其包括涡轮机443、压缩机444、涡轮机445、风扇448和轴杆449)、冷凝器460、脱水机470以及再循环风扇480，其中的每一个通过管子、管道等连接。应注意，热交换器420是如上所述的热交换器110、130 中的一个的实例。此外，在一个实施方案中，热交换器420可以是位于初级热交换器110(未示出)下游的次级热交换器130。还应注意，空气循环机440是如上所述的压缩装置120的实例。

空气循环机440通过升高和/或降低压力并且通过升高和/或降低温度来抽取介质或对介质进行操作。压缩机444是使从入口401接收的放出空气的压力升高的机械装置。涡轮机443、445是通过轴杆449 驱动压缩机444和风扇448的机械装置。风扇448是可通过推动或拉动方法迫使空气通过外壳410，从而以可变冷却气流跨过次级热交换器420的机械装置。因此，涡轮机443、445，压缩机444和风扇448 一起示出例如空气循环机440可作为利用从舱室402再循环或排放的空气的四轮式空气循环机进行操作(例如，在一个实施方案中，空气循环机440利用舱室排放空气来执行压缩操作，如由点划线D1所指示)。

冷凝器460是特定类型的热交换器。脱水机470是执行从任何源 (诸如放出空气)取得水的过程的机械装置。再循环风扇480是可通过推动方法迫使再循环空气进入系统400(如由点划线D2所指示)的机械装置。

在系统400的高压操作模式下，通过阀V1从入口401接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机444。压缩机444对高压高温空气进行加压并且在此过程中对其进行加热。这种空气随后进入热交换器420并且被冲压空气冷却，从而产生冷却高压空气(例如，处于近似周围温度下)。这种冷却高压空气进入冷凝器460和脱水机470中，在冷凝器460和脱水机470中空气被冷却并且水分被去除。冷却高压空气进入涡轮机443，在涡轮机443中空气膨胀并且做功。来自涡轮机 443的功可驱动压缩机444和风扇448。风扇448用来拉动冲压空气流通过热交换器420。另外，通过使冷却高压空气膨胀并做功，涡轮机443产生冷的放出空气。在离开涡轮机443之后，冷的放出空气在混合点处与由风扇480通过阀V6和V7提供的再循环空气D2混合。在这种情况下，混合点可被称为压缩装置440的下游、压缩机444的下游、涡轮机443的下游和/或冷凝器460的低压侧上游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件的内部。通过将冷的放出空气与再循环空气混合，系统400利用温暖且潮湿的再循环空气来使冷的放出空气达到平衡(例如，升高温度)。这种达到平衡的放出空气进而会进入冷凝器460的低压侧，使冷凝器460的高压侧上的放出空气冷却，并且被发送用于调节舱室402。

应注意，当在高压模式下操作时，离开压缩机444的空气有可能超过燃料的自动着火温度(例如，稳态为400F并且瞬态为450F)。在这种情形下，来自热交换器420的出口的空气由阀V2通过管道输送至压缩机444的入口。这降低了进入压缩机444的入口的空气的入口温度，并且因此离开压缩机444的空气低于燃料的自动着火温度。

当发动机压力足以驱动循环或当舱室402的温度要求时，可在飞行条件下使用高压操作模式。例如，诸如地面慢行、滑行、起飞、爬升和持恒状态的条件将使得空气循环机440在高压模式下操作。另外，超高温高海拔巡航条件可导致空气循环机440在高压模式下操作。

在低压操作模式下，来自入口401的放出空气通过阀V3绕过空气循环机440并且在混合点处与由风扇480通过阀V6和V7提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点可被称为压缩装置440的下游、压缩机444的下游和/或热交换器420 的上游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件内部。混合空气直接穿过热交换器420，在热交换器420中所述混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V5直接进入舱室402。此外，舱室排放空气D1用来保持空气循环机440以最小速度转动。也就是说，通过阀V4从舱室402流动的舱室排放空气D1进入涡轮机445并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。这种功被用来使空气循环机440以例如约6000rpm的最小速度转动。离开涡轮机445的空气随后通过外壳410被排放到舱外。

低压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力大于约1psi、高于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

在增压操作模式下，来自入口401的放出空气进入压缩机444，在压缩机444中所述放出空气被压缩并被加热。来自压缩机444的压缩且加热的空气在混合点处与由风扇480通过阀V6和V7提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点可被称为压缩装置440的下游、压缩机444的下游和/或热交换器420的上游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件内部。混合空气进入热交换器420，在热交换器420中所述混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V5直接进入舱室402。此外，机舱排放空气D1用来提供能量，以便对进入压缩机444的放出空气进行加压。也就是说，通过阀V4从舱室402 流动的舱室排放空气D1进入涡轮机445并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。由涡轮机445做的功的量足以使空气循环机440以压缩机444所需的速度转动，以便使放出空气的压力升高至可驱动放出空气通过热交换器420并进入舱室402的值。

增压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力低至2.5psi、低于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

鉴于飞机实例，现将参考图5描述图1的系统100。图5描绘如可安装在飞机上的系统500(例如，系统100的一个实施方案)的示意图。为了便于解释，系统500的与系统400类似的部件已通过使用相同的标识符重复使用，并且不再重复介绍。系统500的替代部件包括阀V8、再热器550、冷凝器560和脱水机570，以及由点划线D3指示的用于再循环空气的替代路径。

再热器550和冷凝器560是特定类型的热交换器。脱水机570是执行从任何源(诸如放出空气)取得水的过程的机械装置。再热器550、冷凝器560和/或脱水机570可一起组合成高压水分离器。

在高压操作模式下，通过阀V1从入口401接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机444。压缩机444对高压高压空气进行加压并且在此过程中对其进行加热。这种空气随后进入热交换器420并且被冲压空气冷却，从而产生冷却高压空气(例如，处于近似周围温度下)。这种冷却高压空气进入再热器550中，在再热器550中冷却高压空气被冷却；通过冷凝器560，在冷凝器560中冷却高压空气被来自涡轮机443的空气冷却；通过脱水机570，在脱水机570中空气中的水分被去除；并且再次进入再热器550中，在再热器550中空气被加热至接近再热器550处的入口温度。温暖的、高压的且现在干燥的空气进入涡轮机443，在涡轮机443中空气膨胀并且做功。来自涡轮机 443的功可驱动压缩机444和风扇448。风扇448用来拉动冲压空气流通过热交换器420。在离开涡轮机443之后，冷空气(通常低于冰点) 使冷凝器560中的暖湿空气冷却。在冷凝器560的下游，离开空气循环机440的冷空气在混合点处与由风扇480通过阀V8提供的再循环空气D3混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点可被称为压缩装置440的下游、压缩机444的下游、热交换器420的下游和/ 或涡轮机443的下游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件内部。在一个实施方案中，混合点可置于组件外部并且因此置于组件的下游。这种混合空气随后被发送用于调节舱室402。

当在高压模式下操作时，离开压缩机444的空气有可能超过燃料的自动着火温度(例如，稳态为400F并且瞬态为450F)。在这种情形下，来自热交换器420的第一通路的出口的空气由阀V2通过管道输送至压缩机444的入口。这降低了进入压缩机444的入口的空气的入口温度，并且因此离开压缩机444的空气低于燃料的自动着火温度。

当发动机压力足以驱动循环或当舱室402的温度要求时，可在飞行条件下使用高压操作模式。例如，诸如地面慢行、滑行、起飞、爬升和持恒状态的条件将使得空气循环机440在高压模式下操作。另外，超高温高海拔巡航条件可导致空气循环机440在高压模式下操作。

在低压操作模式下，来自入口401的放出空气通过阀V3绕过空气循环机440并且在混合点处与由风扇480通过阀V6提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点可被称为压缩装置440的下游和/或热交换器420的上游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件内部。混合空气直接穿过热交换器420，在热交换器420中所述混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V5直接进入舱室402。此外，舱室排放空气D1用来保持空气循环机440以最小速度转动。也就是说，通过阀V4从舱室402流动的舱室排放空气D1进入涡轮机445 并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。这种功被用来使空气循环机440以例如约6000rpm的最小速度转动。离开涡轮机445的空气随后通过外壳410被排放到舱外。

低压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力大于约1psi、高于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

在增压操作模式下，来自入口401的放出空气进入压缩机444，在压缩机444中所述放出空气被压缩并被加热。来自压缩机444的压缩且加热的空气在混合点处与由风扇480通过阀V6提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点位于压缩机444的下游和/或至少一个热交换器420的上游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件内部。混合空气进入热交换器420，在热交换器 420中所述混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V5直接进入舱室402。此外，机舱排放空气D1用来提供能量，以便对进入压缩机444的放出空气进行加压。也就是说，通过阀V4从舱室402流动的舱室排放空气D1 进入涡轮机445并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。由涡轮机445 做的功的量足以使空气循环机440以压缩机444所需的速度转动，以便使放出空气的压力升高至可驱动放出空气通过热交换器420并进入舱室402的值。

增压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力低至2.5psi、低于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

鉴于飞机实例，现将参考图6描述图1的系统100。图6描绘如可安装在飞机上的系统600(例如，系统100的一个实施方案)的示意图。为了便于解释，系统500的与系统400和系统500类似的部件已通过使用相同的标识符而重复使用，并且不再重复介绍。系统600的替代部件是阀V9以及所描绘的替代路径。

在高压操作模式下，通过阀V1从入口401接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机444。压缩机444对高压高压空气进行加压并且在此过程中对其进行加热。这种空气随后进入热交换器420的第一通路并且通过冲压空气冷却。离开热交换器420的第一通路的空气随后进入热交换器420的第二通路并且进一步被冷却以产生冷却高压空气。这种冷却高压空气通过阀V9进入冷凝器460和脱水机470，在冷凝器460和脱水机470中空气被冷却并且水分被去除。冷却高压空气进入涡轮机443，在涡轮机443中空气膨胀并且做功。来自涡轮机443的功可驱动压缩机444和风扇448。风扇448用来拉动冲压空气流通过热交换器420。另外，通过膨胀并做功，涡轮机443产生冷的放出空气。在离开涡轮机443之后，冷的放出空气在混合点处与由风扇480通过阀V6和V7提供的再循环空气D2混合。在这种情况下，混合点位于压缩装置440的下游，所述混合点也可被称为压缩机444 的下游和/或第一涡轮机443的下游。通过将冷的放出空气与再循环空气混合，系统400利用温暖且潮湿的再循环空气来使冷的放出空气达到平衡(例如，升高温度)。这种达到平衡的放出空气进而会进入冷凝器460的低压侧，使冷凝器460的高压侧上的放出空气冷却，并且被发送用于调节舱室402。

当在高压模式下操作时，离开压缩机444的空气有可能超过燃料的自动着火温度(例如，稳态为400F并且瞬态为450F)。在这种情形下，来自热交换器420的第一通路的出口的空气由阀V2通过管道输送至压缩机444的入口。这降低了进入压缩机444的入口的空气的入口温度，并且因此离开压缩机444的空气低于燃料的自动着火温度。

当发动机压力足以驱动循环或当舱室402的温度要求时，可在飞行条件下使用高压操作模式。例如，诸如地面慢行、滑行、起飞、爬升和持恒状态的条件将使得空气循环机440在高压模式下操作。另外，超高温高海拔巡航条件可导致空气循环机440在高压模式下操作。

在低压操作模式下，来自入口401的放出空气通过阀V3绕过空气循环机440并且直接穿过热交换器420的第一通路。在离开第一通路后，放出空气随后在混合点处与由风扇480通过阀V6、V7提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点位于压缩装置440的下游，所述混合点也可被称为压缩机444的下游。这种混合点还可被称为至少一个热交换器420的第二通路的上游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件内部。混合空气进入热交换器420的第二通路，在所述第二通路中混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V9直接进入舱室402。此外，舱室排放空气D1用来保持空气循环机440 以最小速度转动。也就是说，通过阀V4从舱室402流动的舱室排放空气D1进入涡轮机445并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。这种功被用来使空气循环机440以例如约6000rpm的最小速度转动。离开涡轮机445的空气随后通过外壳410被排放到舱外。

低压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力大于约1psi、高于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

在增压操作模式下，来自入口401的放出空气进入压缩机444，在压缩机444中所述放出空气被压缩并被加热。来自压缩机444的压缩且加热的空气穿过热交换器420的第一通路并且随后在混合点处与由风扇480通过阀V6、V7提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点位于压缩装置440的下游，所述混合点也可被称为压缩机444的下游。混合点还可被称为至少一个热交换器420的第二通路的上游。当应用于空调组件时，混合点可被称为组件内部。混合空气进入热交换器420的第二通路，在所述第二通路中混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V9直接进入舱室402。此外，机舱排放空气D1 用来提供能量，以便对进入压缩机444的放出空气进行加压。也就是说，通过阀V4从舱室402流动的舱室排放空气D1进入涡轮机445 并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。由涡轮机445做的功的量足以使空气循环机440以压缩机444所需的速度转动，以便使放出空气的压力升高至可驱动放出空气通过热交换器420并进入舱室402的值。

增压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力低至2.5psi、低于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

鉴于飞机实例，现将参考图7描述图1的系统100。图7描绘如可安装在飞机上的系统700(例如，系统100的一个实施方案)的示意图。为了便于解释，系统700的与系统200、500和500类似的部件已通过使用相同的标识符而重复使用，并且不再重复介绍。系统700 的替代部件是阀V10以及由点划线D4所描绘的替代路径。

在高压操作模式下，通过阀V1从入口401接收高压高温空气。高压高温空气进入压缩机444。压缩机444对高压高压空气进行加压并且在此过程中对其进行加热。这种空气随后进入热交换器420的第一通路并且通过冲压空气冷却。离开热交换器420的第一通路的空气随后进入热交换器420的第二通路并且进一步被冷却以产生冷却高压空气。这种冷却高压空气通过阀V9进入再热器550中，在再热器550 中冷却高压空气被冷却；通过冷凝器360，在冷凝器360中冷却高压空气被来自涡轮机443的空气冷却；通过脱水机570，在脱水机570中空气中的水分被去除；并且再次进入再热器550中，在再热器550 中空气被加热至接近阀V9处的入口温度。温暖的、高压的且现在干燥的空气进入涡轮机443，在涡轮机443中空气膨胀并且做功。来自涡轮机443的功可驱动压缩机444和风扇448。风扇448用来拉动冲压空气流通过热交换器420。在离开涡轮机443之后，冷空气(通常低于冰点)使冷凝器560中的暖湿空气冷却。在冷凝器560下游，离开空气循环机440的冷空气在混合点处与由风扇480通过阀V10提供的再循环空气D4混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点位于压缩装置440的下游，所述混合点也可被称为压缩机444的下游和/ 或第一涡轮机443的下游。这种混合空气随后被发送用于调节舱室 402。

当在高压模式下操作时，离开压缩机444的空气有可能超过燃料的自动着火温度(例如，稳态为400F并且瞬态为450F)。在这种情形下，来自热交换器420的第一通路的出口的空气由阀V2通过管道输送至压缩机444的入口。这降低了进入压缩机444的入口的空气的入口温度，并且因此离开压缩机444的空气低于燃料的自动着火温度。

当发动机压力足以驱动循环或当舱室402的温度要求时，可在飞行条件下使用高压操作模式。例如，诸如地面慢行、滑行、起飞、爬升和持恒状态的条件将使得空气循环机240在高压模式下操作。另外，超高温高海拔巡航条件可导致空气循环机240在高压模式下操作。

在低压操作模式下，来自入口401的放出空气通过阀V3绕过空气循环机440并且直接穿过热交换器420的第一通路。在离开第一通路后，放出空气随后在混合点处与由风扇480通过阀V6、V10提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点位于压缩装置440的下游，所述混合点也可被称为压缩机444的下游。这种混合点还可被称为至少一个热交换器420的第二通路的上游。混合空气进入热交换器420的第二通路，在所述第二通路中混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V9直接进入舱室402。此外，舱室排放空气D1用来保持空气循环机440以最小速度转动。也就是说，通过阀V4从舱室402 流动的舱室排放空气D1进入涡轮机445并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。这种功被用来使空气循环机440以例如约6000rpm的最小速度转动。离开涡轮机445的空气随后通过外壳410被排放到舱外。

低压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力大于约1psi、高于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

在增压操作模式下，来自入口401的放出空气进入压缩机444，在压缩机444中所述放出空气被压缩并被加热。来自压缩机444的压缩且加热的空气穿过热交换器420的第一通路并且随后在混合点处与由风扇480通过阀V6提供的再循环空气D2混合，从而产生混合空气。在这种情况下，混合点位于压缩装置440的下游，所述混合点也可被称为压缩机444的下游。这种混合点还可被称为至少一个热交换器420的第二通路的上游。混合空气进入热交换器420的第二通路，在所述第二通路中混合空气被冲压空气冷却至舱室402所需的温度，从而产生冷却空气。冷却空气随后通过阀V9直接进入舱室402。此外，机舱排放空气D1用来提供能量，以便对进入压缩机444的放出空气进行加压。也就是说，通过阀V4从舱室402流动的舱室排放空气D1进入涡轮机445并且跨涡轮机445膨胀，以便进行做功。由涡轮机445做的功的量足以使空气循环机440以压缩机444所需的速度转动，以便使放出空气的压力升高至可驱动放出空气通过热交换器 420并进入舱室402的值。

增压模式可在飞行条件下使用，在所述飞行条件下，进入空气循环机440的放出空气的压力低至2.5psi、低于舱室压力(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件以及处于或接近标准环境日类型的条件)。

鉴于以上所述，一个或多个实施方案可包括一种系统，所述系统包括：提供第一介质的入口；提供第二介质的入口；压缩装置，其包括压缩机和涡轮机，其中所述压缩装置与提供第一介质的入口连通，并且其中所述涡轮机位于压缩机的下游；以及至少一个热交换器，其位于所述压缩机的下游，其中所述至少一个热交换器的出口与压缩机的入口和涡轮机的入口流体连通。

一个或多个实施方案还可包括以上系统，其中所述第一介质是新鲜空气并且所述第二介质是来自加压容积的空气。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中压缩装置的第二涡轮机与提供第二介质的入口连通。

一个或多个实施方案还可包括可配置来在至少两种模式下操作的以上系统中的任一种，所述至少两种模式包括第一模式和第二模式；其中在所述第一模式下，所述第一介质在第一混合点处与所述第二介质混合；并且其中在所述第二模式下，所述第一介质在第二混合点处与所述第二介质混合。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一混合点位于所述压缩机的下游。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一混合点位于所述至少一个热交换器的入口处。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第二混合点位于所述涡轮机的下游。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一模式是低压模式。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一模式是增压模式。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第二模式是高压模式。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述至少一个热交换器包括介质流过的多个通路。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一混合点位于所述多个通路中的第一通路的下游。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第二涡轮机接收介质以便当所述系统在所述第一模式下操作时维持压缩装置的最小速度。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一模式是增压模式。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一模式是低压模式。

鉴于以上所述，一个或多个实施方案可包括一种系统，所述系统包括：提供第一介质的入口；提供第二介质的入口；压缩装置，其包括压缩机和涡轮机，其中所述压缩装置与提供第一介质的入口连通，并且其中所述涡轮机位于所述压缩机的下游；以及至少一个热交换器，其位于所述压缩机的下游，其中所述至少一个热交换器包括第一通路和第二通路，其中所述至少一个热交换器的第一通路的出口与所述压缩机的入口流体连通，并且其中所述至少一个热交换器的第二通路的出口与所述涡轮机的入口流体连通。

一个或多个实施方案还可包括以上系统，其中所述第一介质是新鲜空气并且所述第二介质是来自加压容积的空气。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中压缩装置的第二涡轮机与提供第二介质的入口连通。

一个或多个实施方案还可包括可配置来在至少两种模式下操作的以上系统中的任一种，所述至少两种模式包括第一模式和第二模式；其中在所述第一模式下，所述第一介质在第一混合点处与所述第二介质混合；并且其中在所述第二模式下，所述第一介质在第二混合点处与所述第二介质混合。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一混合点位于所述压缩机的下游。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一混合点位于所述至少一个热交换器的入口处。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述至少一个热交换器包括介质流过的多个通路。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一混合点位于所述多个通路中的第一通路的下游。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第二涡轮机接收介质以便当所述系统在所述第一模式下操作时维持压缩装置的最小速度。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一模式是增压模式。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第一模式是低压模式。

一个或多个实施方案还可包括以上系统中的任一种，其中所述第二模式是高压模式。

本文参考根据实施方案的方法、设备和/或系统的流程图图解、示意图和/或方框图描述了实施方案的各方面。此外，已经出于说明目的呈现了各种实施方案的描述，但是所述描述并不意图是排他性的或者限于所公开的实施方案。在不脱离所描述实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择本文中所使用的术语来最好地解释实施方案的原理、对在市场中所见技术的实际应用或技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文中所公开的实施方案。

本文使用的术语只用于描述特定实施方案的目的，而不意图进行限制。除非上下文明确地另外指出，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”意图同样包括复数形式。应进一步理解，术语“包括 (comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时明确说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

本文所描绘的流程图只是一个实例。在不脱离本文的实施方案的精神的情况下，可存在对本文所描述的这个图或步骤(或操作)的许多变化。例如，可按不同顺序执行所述步骤，或者可增添、删除或修改步骤。所有的这些变化被视为权利要求书的一部分。

虽然已经描述了优选实施方案，但应理解，现在和将来的本领域的技术人员可做出落入以下权利要求书的范围内的各种改进和增强。这些权利要求应被解释为维持适当保护。

Claims (15)

1.一种系统，其包括：

提供第一介质的入口；

提供第二介质的入口；

压缩装置，所述压缩装置包括压缩机和涡轮机，

其中所述压缩装置与提供所述第一介质的所述入口连通，并且

其中所述涡轮机位于所述压缩机的下游；以及

至少一个热交换器，所述至少一个热交换器位于所述压缩机的下游，

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涡轮机的入口流体连通。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一介质是新鲜空气并且所述第二介质是来自加压容积的空气。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述压缩装置的第二涡轮机与提供所述第二介质的所述入口连通。

4.如权利要求3所述的系统，其可配置来在至少两种模式下操作，所述至少两种模式包括第一模式和第二模式；

其中在所述第一模式下，所述第一介质在第一混合点处与所述第二介质混合；并且

其中在所述第二模式下，所述第一介质在第二混合点处与所述第二介质混合。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述第一混合点位于所述压缩机的下游。

6.如权利要求4所述的系统，其中所述第一混合点位于所述至少一个热交换器的入口处。

7.如权利要求4所述的系统，其中所述第二混合点位于所述涡轮机的下游。

8.如权利要求4所述的系统，其中所述第一模式是低压模式。

9.如权利要求4所述的系统，其中所述第一模式是增压模式。

10.如权利要求4所述的系统，其中所述第二模式是高压模式。

11.一种系统，其包括：

提供第一介质的入口；

提供第二介质的入口；

压缩装置，所述压缩装置包括压缩机和涡轮机，

其中所述压缩装置与提供所述第一介质的所述入口连通，并且

其中所述涡轮机位于所述压缩机的下游；以及

至少一个热交换器，所述至少一个热交换器位于所述压缩机的下游，

其中所述至少一个热交换器包括第一通路和第二通路，

其中所述至少一个热交换器的所述第一通路的出口与所述压缩机的入口流体连通，并且

其中所述至少一个热交换器的所述第二通路的出口与所述涡轮机的入口流体连通。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一介质是新鲜空气并且所述第二介质是来自加压容积的空气。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述压缩装置的第二涡轮机与提供所述第二介质的所述入口连通。

14.如权利要求13所述的系统，其可配置来在至少两种模式下操作，所述至少两种模式包括第一模式和第二模式；

其中在所述第一模式下，所述第一介质在第一混合点处与所述第二介质混合；并且

其中在所述第二模式下，所述第一介质在第二混合点处与所述第二介质混合。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述第一混合点位于所述压缩机的下游。