CN107303955B - 根据压力模式针对再循环空气利用多个混合点的环境控制系统 - Google Patents

根据压力模式针对再循环空气利用多个混合点的环境控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种系统。所述系统包括空气调节组；第一媒介；第二媒介；第一混合点，其定位在所述空气调节组外部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合；以及第二混合点，其定位在所述空气调节组内部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合。

Description

根据压力模式针对再循环空气利用多个混合点的环境控制 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，提供一种系统。所述系统包括空气调节组；第一媒介；第二媒介；第一混合点，其定位在所述空气调节组外部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合；以及第二混合点，其定位在所述空气调节组内部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合。
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，且被视为所请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。根据结合附图所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1A是根据一个实施例的环境控制系统的示意图；
图1B是利用现代机舱三轮空气调节系统的飞机的常规引气驱动的环境控制系统的示意图；
图2是根据一个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。
本文的实施例提供一种环境控制系统，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混合再循环空气向环境控制系统供应动力，从而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过一个或多个热交换器进入腔室。现在转向图1A，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(例如，流量调节装置或质量流量阀)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1A中所示，媒介可以从入口101流动穿过系统100到达腔室102，如由实线箭头A、B指示。在系统100中，媒介可以流过压缩装置120、流过热交换器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，媒介可以从腔室102再循环到系统100，如由点划线D指示(且随后可以流回到腔室102和/或系统100外部)。
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。在从系统100的腔室102提供媒介时，媒介在本文被称作再循环空气。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，还被称为飞行器实例中的机舱压力)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较高压力的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的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，所以在空气流过热交换器130时，空气的压力可能会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1B和图2描述图1A的系统100。图1B是利用现代机舱三轮空气调节系统151的飞机的常规引气驱动的环境控制系统150的示意图。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。
常规的引气驱动的环境控制系统150说明阀B1-V2、入口152、主要热交换器154、离心式压缩机156、辅助热交换器158、冷凝器160、脱水机162、再热器164、涡轮机166、机舱168、风扇172，轴杆174，和风扇176，其中的每一者可以经由导管、管子等进行连接。应注意，现代机舱三轮空气调节系统151(还被称为空气调节组或组)包括执行热力学功的组件，例如离心式压缩机156、热交换器154、158、冷凝器160、脱水机162、再热器164，和涡轮机166。所述组还可以开始于质量流量控制阀B1且在空气退出冷凝器162时结束。
现在将关于利用现代机舱三轮空气调节系统151的飞机的常规的引气驱动的环境控制系统150描述系统200。常规的引气驱动的空气环境控制系统150通过质量流量控制阀B1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150中，在热天地面操作期间，现代机舱三轮空气调节系统151的离心式压缩机156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151的离心式压缩机156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旁路阀B2绕过离心式压缩机156并且被发送到机舱168。另外，常规的引气驱动的空气环境控制系统150可以在机舱168中的常规的引气驱动的环境控制系统150的下游使热湿再循环空气E(通过点划线表示)与冷干燥外部空气混合。此冷却的混合物随后用于调节飞机的机舱和驾驶舱(即，向机舱168供应混合流的总体平均温度)。应注意，因为需要冷却再循环空气，所以将现代机舱三轮空气调节系统151的出口温度适当地驱动到混合温度以下。在常规的引气驱动的环境控制系统中，通过将对外部空气的冲压空气冷却与跨现代机舱三轮空气调节系统151的涡轮机的压力膨胀组合起来而如所描述般驱动出口温度。因此，常规的引气驱动的环境控制系统通常在其入口处需要30磅/平方英寸。此要求相比而言将在高发动机燃料燃烧效率下提供机舱增压和冷却，因为常规的引气驱动的环境控制系统无法在现代机舱三轮空气调节系统151的入口处利用接近机舱压力的压力。
与利用现代机舱三轮空气调节系统151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，以初始流动速率、压力、温度和湿度离开飞行器的发动机)，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、增压体积等)。引气可以从腔室202穿过系统200再循环回(在本文分别通过点划线D1和D2表示机舱排放空气和再循环空气)以便驱动和/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的引气发送到出口(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放气压力下工作。
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是在主要热交换器(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可以作为四轮空气循环机器进行操作，其利用从腔室202再循环或引出的空气(例如，在实施例中，空气循环机器240利用腔室排放空气来执行压缩操作，如通过点划线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(质量流量控制阀)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对高压高温空气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，在那里空气膨胀且被提取功。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V6和V7提供的再循环空气D2混合。所述混合点在此情况下可以被称为在压缩装置240的下游、在压缩机244的下游、在涡轮机243的下游，和/或在冷凝器260的低压力侧的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。通过使冷的引气与再循环空气混合，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的低压力侧、在冷凝器260的高压力侧冷却引气，并且进行发送以便调节腔室202。
应注意，当在高压力模式操作中时，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。这会降低进入压缩机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、爬升和待机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，来自入口201的引气经由阀V3绕过空气循环机器240，且在混合点处与由风扇280通过阀V6和V7提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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，以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V5直接进入腔室202。此外，腔室排放空气D1用于保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，从腔室202流动穿过阀V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，在巡航时海拔高于30，000英尺的状况，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，来自入口201的引气进入压缩机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V6和V7提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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所需的温度以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V5直接进入腔室202。此外，使用机舱排放空气D1提供能量来对进入压缩机244的引气进行增压。也就是说，从腔室202流动穿过V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，以便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，在巡航时海拔高于30，000英尺的状况，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1A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360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350和冷凝器360是特定类型的热交换器。脱水机370是执行从任何源(例如，引气)收取水的过程的机械装置。再热器350、冷凝器360和/或脱水机370一起可以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对高压高温空气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370，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，在那里空气膨胀且被提取功。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混合点以产生混合空气。所述混合点在此情况下可以被称为在压缩装置240的下游、在压缩机244的下游，和/或在涡轮机243的下游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组外部。随后发送此混合空气以便调节腔室202。
当在高压力模式操作中时，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、爬升和待机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，来自入口201的引气经由阀V3绕过空气循环机器240，且在混合点处与由风扇280通过阀V6提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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所需的温度以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V5直接进入腔室202。此外，腔室排放空气D1用于保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，从腔室202流动穿过阀V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，在巡航时海拔高于30，000英尺的状况，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，来自入口201的引气进入压缩机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V6提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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所需的温度以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V5直接进入腔室202。此外，使用机舱排放空气D1提供能量来对进入压缩机244的引气进行增压。也就是说，从腔室202流动穿过阀V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，以便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，在巡航时海拔高于30,000英尺的状况，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1A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400的组件，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对高压高温空气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进入热交换器220的第二通路，且进一步被冷却以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，在那里空气膨胀且被提取功。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由风扇280通过阀V6和V7提供的再循环空气D2混合。所述混合点在此情况下可以被称为在压缩装置240的下游、在压缩机244的下游、在涡轮机243的下游，和/或在冷凝器260的低压力侧的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。通过使冷的引气与再循环空气混合，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的低压力侧、在冷凝器260的高压力侧冷却引气，并且进行发送以便调节腔室202。
当在高压力模式操作中时，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、爬升和待机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，来自入口201的引气经由阀V3绕过空气循环机器240，且直接穿过热交换器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V6、V7提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的第二通路的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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所需的温度以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，腔室排放空气D1用于保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，从腔室202流动穿过阀V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，在巡航时海拔高于30,000英尺的状况，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，来自入口201的引气进入压缩机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V6、V7提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的第二通路的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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所需的温度以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，使用机舱排放空气D1提供能量来对进入压缩机244的引气进行增压。也就是说，从腔室202流动穿过阀V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，以便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，在巡航时海拔高于30,000英尺的状况，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1A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。系统500的替代性组件是阀V10，以及通过点划线D4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对高压高温空气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进入热交换器220的第二通路，且进一步被冷却以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370，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，在那里空气膨胀且被提取功。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V10提供的再循环空气D4混合以产生混合空气。所述混合点在此情况下可以被称为在压缩装置240的下游、在压缩机244的下游，和/或在涡轮机243的下游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组外部。随后发送此混合空气以便调节腔室202。
当在高压力模式操作中时，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、爬升和待机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，来自入口201的引气经由阀V3绕过空气循环机器240，且直接穿过热交换器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V6、V10提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的第二通路的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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所需的温度以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，腔室排放空气D1用于保持空气循环机器240以最小速度转动。也就是说，从腔室202流动穿过阀V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，在巡航时海拔高于30,000英尺的状况，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，来自入口201的引气进入压缩机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V6提供的再循环空气D2混合以产生混合空气。在此情况下，所述混合点可以被称为在压缩机244的下游和/或在热交换器220的第二通路的上游。在应用于空气调节组时，所述混合点可以被称为在所述组内部。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所需的温度以产生冷却空气。冷却空气随后经由阀V9直接进入腔室202。此外，使用机舱排放空气D1提供能量来对进入压缩机244的引气进行增压。也就是说，从腔室202流动穿过阀V4的腔室排放空气D1进入涡轮机245并且跨所述涡轮机膨胀，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，以便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，在巡航时海拔高于30,000英尺的状况，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。
在另一实施例中，环境控制系统可以以多点混合模式操作。一般来说，多点混合模式在环境控制系统内的多个点处混合第一和第二媒介(例如，引气和再循环空气)。也就是说，在非多点混合模式操作期间，去往(例如)热交换器220的再循环流的量可以是100％。此外，在多点混合模式操作期间，去往(例如)热交换器220的再循环流的量可以小于100％，且流的剩余量可以前进到环境控制系统的另一部分。在多点混合模式的实施例中，流动到热交换器220的第一部分可以选自50％-100％的范围，且流动到环境控制系统的另一部分的第二部分可以是所述百分比的余额(例如，90/10分；80/20分；70/30分；60/40分)。当在高空时在冲压流不是所要的温度(例如，对于跨热交换器220的适当冷却来说太热)时，环境控制系统可以利用多点混合模式。
举例来说，当环境控制系统以多点混合模式操作时，第一和第二媒介可以在两个或更多点处混合。应注意，图2至图5的系统200、300、400、500可以多点混合模式操作。例如，当系统200、300、400、500中的任一者以低压模式或升压模式操作时，所述系统200、300、400、500也可以多点混合模式操作。
举例来说，关于当在低压模式或升压模式中时以多点混合模式操作的系统200，可以通过阀V7分割从风扇280流动的再循环空气，使得再循环空气流的第一部分前进以在压缩机244的下游混合(例如，与引气混合以产生组合空气)，且再循环空气流的第二部分向涡轮机243的下游前进。所述第二部分随后可以通过冷凝器260并且与流过阀V5的组合空气混合。此外，关于当在低压模式或升压模式中时以多点混合模式操作的系统400，可以通过阀V7分割从阀V6流动的再循环空气，使得再循环空气流的第一部分前进以在压缩机244的下游且在热交换器220的第二通路之前混合(例如，与引气混合以产生组合空气)，且再循环空气流的第二部分向涡轮机243的下游前进。所述第二部分随后可以通过冷凝器260并且与流过阀V9的组合空气混合。
举例来说，关于当在低压模式或升压模式中时以多点混合模式操作的系统300，可以通过阀V6和V8分割从风扇280流动的再循环空气，使得再循环空气流的第一部分前进穿过阀V6以在压缩机244的下游混合(例如，与引气混合以产生组合空气)，且再循环空气流的第二部分穿过阀V8向涡轮机243的下游前进。所述第二部分随后可以与流过阀V5的组合空气混合。应注意，阀V6和V8可以是如所示一起工作的多个阀或作为单个阀而工作的多个阀。此外，关于当在低压模式或升压模式中时以多点混合模式操作的系统500，可以通过风扇V6和V10分割从阀280流动的再循环空气，使得再循环空气流的第一部分前进穿过阀V6以在压缩机244的下游且在热交换器220的第二通路之前混合(例如，与引气混合以产生组合空气)，且再循环空气流的第二部分穿过阀V10向涡轮机243的下游前进。所述第二部分随后可以与流过阀V9的组合空气混合。应注意，阀V6和V10可以是如所示一起工作的多个阀或作为单个阀而工作的多个阀。
鉴于以上内容，一个或多个实施例可以包括系统，其包括：空气调节组；第一媒介；第二媒介；第一混合点，其定位在所述空气调节组外部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合；第二混合点，其定位在所述空气调节组内部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合。
一个或多个实施例可以进一步包括被配置成以第一模式操作的以上系统，其中第一和第二媒介在第一混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括被配置成以第二模式操作的以上系统中的任一者，其中第一和第二媒介在第二混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括被配置成以第一模式操作的以上系统中的任一者，其中第一和第二媒介在第二混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中空气调节组包括至少一个热交换器和至少一个流量调节装置。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第二混合点在至少一个流量调节装置的下游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第二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，其中至少一个热交换器是主要热交换器。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中至少一个热交换器是辅助热交换器。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中至少一个热交换器包括多个通路。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第二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被配置成以第一模式操作的以上系统中的任一者，其中第一和第二媒介在第一混合点和第二混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第二媒介的第一部分在第一混合点处与第一媒介混合以产生组合媒介，且其中第二媒介的第二部分在第二混合点处与所述组合媒介混合。
鉴于以上内容，一个或多个实施例可以包括系统，其包括：空气调节组；第一媒介；第二媒介；第一混合点，其定位在所述空气调节组内部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合；第二混合点，其定位在所述空气调节组内部且被配置成使所述第一媒介与所述第二媒介混合。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统，其中空气调节组包括至少一个热交换器和至少一个涡轮机。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第一混合点在至少一个涡轮机的下游。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第二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，其中第二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，其中至少一个热交换器包括多个通路。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第二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被配置成以第一模式操作的以上系统中的任一者，其中第一和第二媒介在第一混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括被配置成以第二模式操作的以上系统中的任一者，其中第一和第二媒介在第二混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括被配置成以第二模式操作的以上系统中的任一者，其中第一和第二媒介在第二混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括被配置成以第一模式操作的以上系统中的任一者，其中第一和第二媒介在第一混合点和第二混合点处混合。
一个或多个实施例可以进一步包括以上系统中的任一者，其中第二媒介的第一部分在第一混合点处与第一媒介混合以产生组合媒介，且其中第二媒介的第二部分在第二混合点处与所述组合媒介混合。
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，可能存在其中描述的此图或步骤(或操作)的许多变化。例如，可以通过不同次序执行步骤，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 (11)

1.一种环境控制系统，其包括：
空气调节组，所述空气调节组包括至少一个涡轮机、至少一个热交换器和至少一个流量调节装置；
从入口接收并且向腔室提供的第一媒介流；
从所述腔室接收的第二媒介流；
第一混合点，所述第一混合点被配置成使所述第一媒介流与所述第二媒介流混合以产生组合流，所述第一混合点定位在所述空气调节组内部，位于所述至少一个涡轮机的出口处；
第二混合点，所述第二混合点被配置成使所述第一媒介流与所述第二媒介流混合以产生所述组合流，所述第二混合点定位在所述空气调节组内部，处于所述至少一个涡轮机之前，使得所述至少一个涡轮机的入口接收所述组合流，
其中所述环境控制系统被配置成以第一模式或第二模式操作，所述第一模式包括当所述环境控制系统在所述第一混合点处混合所述第一和第二媒介流，并且所述第二模式包括当所述环境控制系统在所述第二混合点处混合所述第一和第二媒介流。
2.如权利要求1所述的环境控制系统，其中所述第二混合点在所述至少一个流量调节装置的下游。
3.如权利要求2所述的环境控制系统，其中所述第二混合点在所述至少一个热交换器的上游。
4.如权利要求3所述的环境控制系统，其中所述至少一个热交换器是主要热交换器。
5.如权利要求3所述的环境控制系统，其中所述至少一个热交换器是辅助热交换器。
6.如权利要求3所述的环境控制系统，其中所述至少一个热交换器包括多个通路。
7.如权利要求6所述的环境控制系统，其中所述第二混合点在所述多个通路中的第一通路的下游。
8.一种环境控制系统，其包括：
空气调节组，所述空气调节组包括至少一个涡轮机、至少一个热交换器和至少一个流量调节装置；
从入口接收并且向腔室提供的第一媒介流；
从所述腔室接收的第二媒介流；
第一混合点，其定位在所述空气调节组内部且被配置成使所述第一媒介流与所述第二媒介流混合，其中所述第一混合点在所述至少一个涡轮机的下游；
第二混合点，其定位在所述空气调节组内部且被配置成使所述第一媒介流与所述第二媒介流混合，其中所述第二混合点在所述至少一个涡轮机的上游，
其中所述环境控制系统被配置成以第一模式或第二模式操作，所述第一模式包括当所述环境控制系统在所述第一混合点处混合所述第一和第二媒介流，并且所述第二模式包括当所述环境控制系统在所述第二混合点处混合所述第一和第二媒介流。
9.如权利要求8所述的环境控制系统，其中所述第二混合点在所述至少一个热交换器的上游。
10.如权利要求8所述的环境控制系统，其中所述至少一个热交换器包括多个通路。
11.如权利要求10所述的环境控制系统，其中所述第二混合点在所述多个通路中的第一通路的下游。
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