CN108128465A - 飞机空调系统和用于操作飞机空调系统的方法 - Google Patents

飞机空调系统和用于操作飞机空调系统的方法 Download PDF

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Abstract

提供了飞机空调系统和用于操作飞机空调系统的方法，飞机空调系统包括：环境空气管线，连接到飞机空调系统的混合器，以将环境空气供给到混合器；和机舱排气管线，能连接到飞机机舱。环境空气压缩机布置在环境空气管线中，用于压缩流过环境空气管线的环境空气。飞机空调系统还配备有制冷设备，包括致冷剂回路和布置在其中的致冷剂压缩机，致冷剂回路热耦合到环境空气管线，以在环境空气供给到混合器之前将来自环境空气的热传递到在致冷剂回路中循环的致冷剂。涡轮机联接到环境空气压缩机并驱动它。控制器控制飞机空调系统的操作，使得在飞机空调系统的第一操作状态下涡轮机被供给环境空气，在飞机空调系统的第二操作状态下涡轮机被供给机舱排气。

Description

飞机空调系统和用于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
飞机空调系统用于设置和保持飞机机舱中的期望的压力、期望的温度和期望的空气湿度。另外，飞机空调系统将足够的新鲜空气供给到飞机机舱，以确保飞机机舱中可得到规定最低量的新鲜空气。从EP 2 735 510A1和US 2014/0144163A1已知飞机空调系统，其中使用两相制冷剂操作的制冷设备被用于冷却多级压缩机压缩的环境空气。所述制冷设备包括待冷却的环境空气流动通过的致冷剂回路，在致冷剂回路中布置有压缩机、液化器、膨胀阀和蒸发器。从飞机的发动机或者辅助动力单元吸出的放气用于向制冷设备的压缩机供给动力，并用于向压缩环境空气的多级压缩机供给动力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞机空调系统，其促进对于飞机机舱的节能的空气调节。本发明的目的还在于详细说明用于操作这种飞机空调系统的方法。
这一目的通过具有权利要求1的特征的飞机空调系统以及具有权利要求9的特征的用于操作飞机空调系统的方法实现。
飞机空调系统包括环境空气管线，所述环境空气管线适于流动通过有环境空气，并且被连接到所述飞机空调系统的混合器，以向所述混合器供给从飞机环境吸取的环境空气。环境空气到环境空气管线的供给能够通过布置在环境空气管线中的阀控制。连接到环境空气管线的混合器可以是飞机空调系统的预混合器或者主混合器，除来自环境空气管线的环境空气之外，从要被飞机空调系统进行空气调节的飞机机舱经由再循环空气管线排放的再循环空气能够供给到所述混合器。在混合器中，来自环境空气管线的环境空气与从飞机机舱排放的再循环空气混合。在混合器中产生的混合后的空气最后用于对飞机机舱空气调节。机舱排气管线可连接到要被所述飞机空调系统进行空气调节的飞机机舱并且—正如再循环空气管线那样—适于流动通过有从飞机机舱排放的机舱排气。飞机空调系统进一步包括布置在环境空气管线中的环境空气压缩机，用于压缩流动通过环境空气管线的环境空气。
所述飞机空调系统的制冷设备包括适于流动通过有致冷剂的致冷剂回路和布置在致冷剂回路中的致冷剂压缩机。致冷剂回路被热耦合到环境空气管线，优选地通过以例如蒸发器形式构造的热交换器热耦合到环境空气管线，以在环境空气供给到混合器之前，将来自流动通过环境空气管线的环境空气的热传递到在致冷剂回路中循环的致冷剂。在飞机空调系统中，从而发生空气调节过程，其中首先通过环境空气压缩机压缩环境空气，然后通过将热传递到在制冷设备的致冷剂回路中循环的致冷剂，将环境空气冷却到期望温度。通过在环境空气压缩机中适当地预压缩环境空气，能够根据需要控制这一空气调节过程的效率。
所述飞机空调系统进一步配备有涡轮机，该涡轮机被联接到环境空气压缩机，并被配置为驱动环境空气压缩机。飞机空调系统的控制器被配置为控制飞机空调系统的操作，使得所述涡轮机在飞机空调系统的第一操作状态下被供给来自环境空气管线的环境空气，并且在所述飞机空调系统的第二操作状态下被供给来自机舱排气管线的机舱排气。在飞机空调系统的第一操作状态下，被预压缩的环境空气的压力由此用于驱动涡轮机，据此能够回收由于压缩环境空气而使用的能量的一部分。另一方面，在飞机空调系统的第二操作状态下，从飞机机舱排放的排气的压力用于能量回收，该排气的压力在配备有所述飞机空调系统的飞机的飞行模式中超过在某一飞行高度以上的飞机的外部的环境压力。从预压缩的环境空气和机舱排气回收的能量被用于驱动环境空气压缩机。由此，能够减少例如以电动机形式实行的压缩机驱动机构的能量消耗。
所述控制器优选地被配置为控制飞机空调系统的操作，使得在配备有所述飞机空调系统的飞机的地面操作中，所述涡轮机被供给来自环境空气管线的环境空气，并且在配备有所述飞机空调系统的飞机的飞行模式中，所述涡轮机被供给来自机舱排气管线的机舱排气。在配备有所述飞机空调系统的飞机的地面操作中，环境空气在流动通过环境空气压缩机时被压缩，优选地被压缩到高于目标机舱压力的压力，这允许环境空气的除湿且允许随后使用环境空气驱动涡轮机。然后，通过将热传递到制冷设备的致冷剂回路，以及通过环境空气在涡轮机中的膨胀，发生环境空气的冷却。
另一方面，在配备有所述飞机空调系统的飞机的飞行模式中，从飞机机舱排放的排气的压力超过某一飞行高度(约6000m)以上的飞机的外部的环境压力。在配备有所述飞机空调系统的飞机的飞行模式中，特别地在6000m的飞行高度以上，由于此能够通过从飞机机舱经由机舱排气管线排放的机舱排气驱动所述涡轮机。由此，能够在飞机的地面操作和飞行模式两者中，最佳地利用能量回收潜能。
涡轮机优选地布置在连接到涡轮机的进口的涡轮机空气供给管线中。特别地，涡轮机可在水分离器的下游和/或再热器的下游布置在涡轮机空气供给管线中。术语“下游”在此指通过涡轮机空气供给管线的环境空气(在飞机空调系统的第一操作状态下)和机舱排气(在飞机空调系统的第二操作状态下)的流动方向。在流动通过水分离器时，在飞机空调系统的第一操作状态下要供给到涡轮机的环境空气能够被除湿至确保无过量湿气被供给到混合器且因此供给到要被空气调节的飞机机舱的程度。
布置在涡轮机空气供给管线中的再热器特别地用于在环境空气或者机舱排气被供给到涡轮机之前，加热流动通过涡轮机空气供给管线的环境空气(在飞机空调系统的第一操作状态下)或机舱排气(在飞机空调系统的第二操作状态下)，并且特别地形成在涡轮机空气供给管线和所述环境空气管线位于环境空气压缩机的下游的区段之间的热耦合(thermal coupling)。术语“下游”在此指通过环境空气管线的环境空气的流动方向。再热器由此使得流动通过环境空气管线的暖环境空气在其在环境空气压缩机中压缩之后与流动通过涡轮机空气供给管线的环境空气或机舱排气(在其被供给到涡轮机之前)热接触。在再热器中，保留在环境空气流或机舱排气流中的水滴能够蒸发，以保护涡轮机不会因微滴冲击或汽蚀而受损。此外，所述再热器增大了涡轮机的动力输出。
在飞机空调系统的优选实施例中，环境空气管线特别是在水分离器的上游接合涡轮机空气供给管线。另一方面，机舱排气管线优选地在再热器的上游接合涡轮机空气供给管线。这一布置确保流动通过环境空气管线的环境空气在其被供给到涡轮机之前在水分离器中除湿。另一方面，流动通过机舱排气管线的机舱排气较干燥，并且因此没有必要被发送通过水分离器。
飞机空调系统优选地进一步包括可连接到环境空气管线的环境空气旁通管线。环境空气旁通管线可被配置为将流动通过环境空气管线的环境空气越过涡轮机发送到混合器中。例如，环境空气旁通管线在环境空气管线到涡轮机空气供给管线的接合点的区域中能够连接到环境空气管线，使得流动通过环境空气管线的环境空气能够可选地被发送到涡轮机空气供给管线中或环境空气旁通管线中。
在配备有所述飞机空调系统的飞机的飞行模式中，特别是在巡航模式中，在飞机的巡航高度处非常干的环境空气在其供给到飞机机舱之前不必要进行除湿。水分离器、再热器和涡轮机因此可被绕过，并且来自环境空气管线的环境空气能够直接被发送到飞机空调系统的混合器中。然后，唯一地通过到制冷设备的致冷剂回路的传热，发生环境空气的冷却。
在优选实施例中，飞机空调系统进一步包括第一控制阀布置，其用于控制来自环境空气管线的环境空气到涡轮机空气供给管线和环境空气旁通管线的供给。第一控制阀布置可包括布置在涡轮机空气供给管线中的控制阀和布置在旁通环境空气管线中的控制阀。但是，作为其替代，第一控制阀布置还可以构造为三通阀布置的形式，其布置在环境空气管线到涡轮机空气供给管线和环境空气旁通管线的连接点的区域中。控制器优选地被配置为控制第一控制阀布置的操作，使得流动通过环境空气管线的环境空气在飞机空调系统的第一操作状态下被发送到涡轮机空气供给管线，并且在所述飞机空调系统的第二操作状态下被发送到环境空气旁通管线。
飞机空调系统优选地进一步包括连接到涡轮机的出口的涡轮机排气管线。涡轮机排气管线可具有第一涡轮机排气管线支路和第二涡轮机排气管线支路。涡轮机排气管线优选地在涡轮机的下游分支成为第一涡轮机排气管线支路和第二涡轮机排气管线支路。术语“下游”在此指从涡轮机的出口出来的、通过涡轮机排气管线的涡轮机排气的流动方向。第一涡轮机排气管线支路优选地连接到飞机空调系统的混合器，并且能够特别地直接通到混合器中。
另一方面，第二涡轮机排气管线支路能够连接到飞机环境，使得涡轮机排气能够经由第二涡轮机排气管线支路排放到飞机环境中。例如，第二涡轮机排气管线支路能够通到冲压空气(ram air)通道中。例如制冷设备的液化器和/或预冷却器能够布置在冲压空气通道中。发送到冲压空气通道中的涡轮机排气可用于冷却液化器和/或该一个预冷却器。由此，能够减少飞机空调系统的冲压空气需求且因此能够减少因冲压空气到飞机空调系统的供给引起的气动阻力。这促进了飞机燃料消耗的降低。
飞机空调系统优选地进一步包括第二控制阀布置，其用于控制涡轮机排气到第一涡轮机排气管线支路和第二涡轮机排气管线支路的供给。第二控制阀布置可包括布置在第一涡轮机排气管线支路中的控制阀和布置在第二涡轮机排气管线支路中的控制阀。但是，作为其替代，第二控制阀布置还可以构造为三通阀布置的形式，其在涡轮机排气管线到第一涡轮机排气管线支路和第二涡轮机排气管线支路的分支点的区域中布置在涡轮机排气管线中。
控制器优选地被配置为控制第二控制阀布置的操作，使得流动通过涡轮机排气管线的涡轮机排气在飞机空调系统的第一操作状态下经由第一涡轮机排气管线支路发送到飞机空调系统的混合器，并且在飞机空调系统的第二操作状态下经由第二涡轮机排气管线支路排放到飞机环境中。因此确保了在飞机空调系统的第一操作状态下用于驱动涡轮机的环境空气能够在其在涡轮机中膨胀之后被发送到混合器中，并从混合器发送到飞机机舱中。另一方面，在飞机空调系统的第二操作状态下用于驱动涡轮机的机舱排气优选地在其在涡轮机中膨胀之后，排放到飞机环境中。
在用于操作飞机空调系统的方法中，环境空气被发送通过连接到飞机空调系统的混合器的环境空气管线，以将环境空气供给到混合器。流动通过环境空气管线的环境空气在布置在环境空气管线中的环境空气压缩机中被压缩。提供了制冷设备，其包括适于流动通过有致冷剂的致冷剂回路和布置在致冷剂回路中的致冷剂压缩机。制冷设备的致冷剂回路被热耦合到环境空气管线，以在环境空气被供给到混合器之前，将来自流动通过环境空气管线的环境空气的热传递到在致冷剂回路中循环的致冷剂。控制飞机空调系统的操作，使得被联接到所述环境空气压缩机且被配置为驱动所述环境空气压缩机的涡轮机在所述飞机空调系统的第一操作状态下被供给来自所述环境空气管线的环境空气，并且在所述飞机空调系统的第二操作状态下，被供给来自能连接到飞机机舱的所述机舱排气管线的机舱排气。
优选地控制飞机空调系统的操作，使得在配备有所述飞机空调系统的飞机的地面操作中，所述涡轮机被供给来自环境空气管线的环境空气，并且在配备有所述飞机空调系统的飞机的飞行模式中，所述涡轮机被供给来自机舱排气管线的机舱排气。
能够控制第一控制阀布置的操作，使得流动通过所述环境空气管线的环境空气在所述飞机空调系统的第一操作状态下被发送到连接到所述涡轮机的进口的涡轮机空气供给管线，并且在所述飞机空调系统的第二操作状态下被通过环境空气旁通管线越过所述涡轮机发送到所述混合器。
能够控制第二控制阀布置的操作，使得流动通过连接到所述涡轮机的出口的涡轮机排气管线的涡轮机排气在所述飞机空调系统的第一操作状态下被经由第一涡轮机排气管线支路发送到所述飞机空调系统的所述混合器，并且在所述飞机空调系统的第二操作状态下被经由第二涡轮机排气管线支路发送到飞机环境。
附图说明
现在参考所附的示意图更详细地说明本发明的优选实施例，其中示出了：
图1：用于飞机机舱的空气调节的空调系统。
具体实施方式
图1例示的飞机空调系统10包括用于将从飞机环境15吸取的环境空气供给到混合器14的环境空气管线12，环境空气能够流动通过环境空气管线12，并且所述环境空气管线12连接到飞机空调系统10的混合器14。借助于布置在环境空气管线中的阀13，控制环境空气到环境空气管线12的供给。在混合器14中，来自环境空气管线12的环境空气与从飞机机舱16排放的再循环空气混合。在混合器14中产生的混合空气最后用于对飞机机舱16进行空气调节。
飞机空调系统10配备有制冷设备17，制冷设备17包括致冷剂回路18和布置在致冷剂回路18中的致冷剂压缩机20，两相制冷剂(例如R134A(CH2F-CF3)、CO2或R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷))流动通过所述致冷剂回路18。致冷剂压缩机20由第一电动机22供给动力。致冷剂回路18热耦合到环境空气管线，以在环境空气供给到混合器14之前，将来自流动通过环境空气管线12的环境空气的热传递到在致冷剂回路18中循环的致冷剂。在致冷剂回路18中远离致冷剂压缩机20布置有液化器24、制冷剂收集器26、膨胀阀28和蒸发器30，蒸发器30将致冷剂回路18热耦合到环境空气管线12。
此外，制冷设备17的致冷剂回路18热耦合到再循环空气管线32，以将来自流动通过再循环空气管线32的再循环空气的热传递到流动通过致冷剂回路18的致冷剂，其中再循环空气流动通过再循环空气管线32并且所述再循环空气管线32连接到飞机空调系统10的混合器14。致冷剂回路18和再循环空气管线32之间的热耦合通过布置在连接管线36中的另一蒸发器34实现，连接管线36从布置在致冷剂回路18中的制冷剂收集器26分支。通过连接管线36的致冷剂流由布置在连接管线36中的控制阀38控制。另一膨胀阀40另外关于致冷剂通过致冷剂回路18的流动方向在所述另一蒸发器34的上游布置在连接管线36中。流动通过连接管线36的致冷剂的压力和温度在致冷剂被发送到所述另一蒸发器34之前，能够根据需要通过另一膨胀阀40设置。
在飞机空调系统10中，制冷设备17由此不仅用于冷却流动通过环境空气管线12的环境空气，而且用于冷却从要被空气调节的飞机机舱排放的再循环空气。在其供给到飞机空调系统10的混合器14之前，再循环空气能够因此被冷却至与流动通过环境空气管线12的环境空气相同的低温。因此，能够排除通过对在制冷设备17的致冷剂回路18中循环的致冷剂的传热而将环境空气冷却到比期望的目标机舱空气供给温度低的温度。此外，促进制冷设备17以比较高的最小制冷剂温度操作。
用于压缩流动通过环境空气管线12的环境空气的环境空气压缩机58布置在环境空气管线12中。速度控制的环境空气压缩机58通过第二电动机60供给动力。环境空气压缩机58通过飞机空调系统10的控制器46控制，使得其将流动通过环境空气管线12的环境空气压缩到比要被空气调节的飞机机舱16中的目标机舱压力更大的压力。此外，环境空气压缩机58的操作通过控制器46控制，使得压缩后的环境空气的温度不超过例如160℃的最高温度。
在环境空气管线12中在环境空气压缩机58下游布置有预冷却器68，所述预冷却器68用于对环境空气压缩机58压缩的环境空气预冷却。术语“下游”在此指通过环境空气管线12的环境空气的流动方向。预冷却器68布置在冲压空气通道52中，并且发送通过冲压空气通道52的冲压空气在操作飞机空调系统10时流动通过预冷却器68。通过控制进口和出口翻板阀(flap)53(在图中仅示意性地示出)，控制通过冲压空气通道52的冲压空气流。在预冷却器68中，在环境空气压缩机58中通过压缩加热的环境空气再次被冷却至期望的低温。在预冷却器68的下游，环境空气管线12经由布置在制冷设备17的致冷剂回路18中的蒸发器30热耦合到致冷剂回路18。
在环境空气压缩机58的下游和预冷却器68的上游，调整空气管线74从环境空气管线12分支。通过调整空气管线74的调整空气流由布置在调整空气管线74中的调整空气阀76来控制。
远离预冷却器68，制冷设备17的液化器24也布置在冲压空气通道52中，其中液化器24在冲压空气通道52中关于通过冲压空气通道52的冲压空气的流动方向位于预冷却器68的上游。为即使在配备有所述飞机空调系统10的飞机的地面操作中，确保通过冲压空气通道52的冲压空气的适当流量，在冲压空气通道52中还布置有风扇70，用于将冲压空气传送通过冲压空气通道52。风扇70通过第三电动机72来供给动力。
在环境空气管线12通过蒸发器30到制冷设备17的致冷剂回路18的热耦合的下游，环境空气管线12接合涡轮机空气供给管线78。涡轮机空气供给管线78连接到涡轮机86的进口。涡轮机86联接到环境空气压缩机58。特别地，环境空气压缩机58和涡轮机86在共同的轴上布置。
水分离器80布置在涡轮机空气供给管线78中。在流动通过水分离器80时，从环境空气管线12发送到涡轮机空气供给管线78的环境空气被除湿至确保无过多湿气被供给到要被空气调节的飞机机舱16的程度。在水分离器80中，从环境空气分离的水经由排水管线84发送到冲压空气通道52中，并经由水注射喷嘴87注射到冲压空气通道52中，水注射喷嘴87关于通过冲压空气通道52的冲压空气的流动方向在冲压空气通道52中布置在制冷设备17的液化器24的上游和下游。这里，水部分地蒸发，并冷却流动通过冲压空气通道52的冲压空气。
飞机空调系统10进一步包括机舱排气管线74，机舱排气管线74可连接到要被飞机空调系统10空气调节的飞机机舱16并且—正如再循环空气管线32那样—从飞机机舱16排放的机舱排气能够流动通过机舱排气管线74。借助于布置在机舱排气管线74中的阀76，控制通过机舱排气管线74的机舱排气流。关于通过涡轮机空气供给管线78的涡轮机空气供给的流动方向在水分离器80的下游，机舱排气管线74接合涡轮机空气供给管线。
另外，再热器82在机舱排气管线74的通到涡轮机空气供给管线78中的开口的下游布置在涡轮机空气供给管线78中。再热器82，关于通过涡轮机空气供给管线78的涡轮机空气供给的流动方向布置在水分离器80的下游和涡轮机86的上游，用于在流动通过涡轮机空气供给管线78的涡轮机空气供给被供给到涡轮机86之前加热所述涡轮机空气供给，并在在水分离器80的下游流动通过涡轮机空气供给管线78的涡轮机空气供给和在环境空气压缩机58的下游流动通过环境空气管线12的暖环境空气之间形成热耦合。在流动通过水分离器80之后保留在涡轮机空气供给流中的水滴在再热器82中蒸发，以保护涡轮机86免受因微滴冲击或者汽蚀引起的损害。此外，再热器82增大了涡轮机86的动力输出。
飞机空调系统10进一步包括环境空气旁通管线90，环境空气旁通管线90被配置为如果需要将流动通过环境空气管线12的环境空气越过涡轮机86发送到混合器14中。在图1所示的飞机空调系统10中，环境空气旁通管线90在环境空气管线12到涡轮机空气供给管线78的接合点P的区域中连接到环境空气管线12。第一控制阀布置79用于控制来自环境空气管线12的环境空气到涡轮机空气供给管线78和环境空气旁通管线90的供给。借助于第一控制阀布置79，流动通过环境空气管线12的环境空气能由此可选地发送到涡轮机空气供给管线78或者环境空气旁通管线90。第一控制阀布置79包括布置在涡轮机空气供给管线78中的控制阀88和布置在旁通环境空气管线90中的控制阀92。但是，作为此方案的替代，第一控制阀布置79也可以构造为三通阀布置的形式，其可布置在环境空气管线12到涡轮机空气供给管线78和环境空气旁通管线90的连接点P的区域中。布置在环境空气旁通管线90中的止回阀91阻止空气能够从混合器14回流到环境空气旁通管线90中。
涡轮机排气管线94连接到涡轮机86的出口。涡轮机排气管线94具有第一涡轮机排气管线支路94a和第二涡轮机排气管线支路94b。特别地，涡轮机排气管线94在涡轮机86的下游分支成为第一涡轮机排气管线支路94a和第二涡轮机排气管线支路94b。术语“下游”在此指从涡轮机86的出口出来的通过涡轮机排气管线94的涡轮机排气的流动方向。第一涡轮机排气管线支路94a通到飞机空调系统10的混合器14中。
另一方面，第二涡轮机排气管线支路94b连接到飞机环境15，使得涡轮机排气能够经由第二涡轮机排气管线支路94b排放到飞机环境15中。在图1所示的飞机空调系统10中，第二涡轮机排气管线支路94b通到冲压空气通道52中，其中发送到冲压空气通道52中的涡轮机排气可用于冷却制冷设备17的液化器24和预冷却器68。这样，能够减少飞机空调系统10的冲压空气需求。
飞机空调系统10进一步包括第二控制阀布置96，所述第二控制阀布置96用于控制涡轮机排气到第一涡轮机排气管线支路94a和第二涡轮机排气管线支路94b的供给。第二控制阀布置96构造为三通阀布置的形式，其在涡轮机排气管线94到第一涡轮机排气管线支路94a和第二涡轮机排气管线支路94b的分支点的区域中布置在涡轮机排气管线94中。但是，作为替代，第二控制阀布置96还可以包括布置在第一涡轮机排气管线支路94a中的控制阀和布置在第二涡轮机排气管线支路94b中的控制阀。
飞机空调系统10的控制器46控制飞机空调系统10的操作，使得在飞机空调系统10的第一操作状态中，涡轮机86被供给以来自环境空气管线12的环境空气，并且在飞机空调系统10的第二操作状态中，涡轮机86被供给以来自机舱排气管线74的机舱排气。在飞机空调系统10的第一操作状态中，预压缩的环境空气的压力由此用于向涡轮机86供给动力。另一方面，在飞机空调系统10的第二操作状态中，从飞机机舱排放的排气的压力用于能量回收，该压力超过在配备有所述飞机空调系统10的飞机的飞行模式中在某一高度以上在飞机外部的环境压力。从预压缩的环境空气和机舱排气回收的能量用于驱动环境空气压缩机58。这样，能够减少向环境空气压缩机58供给动力的电动机60的能量消耗。
特别地，控制器46控制飞机空调系统10的操作，使得在配备有所述飞机空调系统10的飞机的地面操作中，向涡轮机86供给来自环境空气管线12的环境空气。为此，在配备有所述飞机空调系统10的飞机的地面操作中，即在飞机空调系统10的第一操作状态中，控制器46控制第一控制阀布置79的操作，使得流动通过环境空气管线的环境空气被发送到涡轮机空气供给管线78。为实现这一点，布置在涡轮机空气供给管线78中的控制阀88打开，而布置在旁通环境空气管线90中的控制阀92关闭。布置在机舱排气管线74中的阀76关闭，以抑制机舱排气通过机舱排气管线74到涡轮机空气供给管线78的供给。
在配备有所述飞机空调系统10的飞机的地面操作中，控制器46进一步控制环境空气压缩机58，使得环境空气在流动通过环境空气压缩机58时被压缩至目标机舱压力以上的压力，这促进环境空气的除湿以及环境空气的驱动涡轮机86的随后使用。然后通过将热传递到制冷设备17的致冷剂回路18并通过环境空气在涡轮机86中的膨胀，发生对环境空气的冷却。
另外，在配备有所述飞机空调系统10的飞机的地面操作中，即在飞机空调系统10的第一操作状态中，第二控制阀布置96的操作被控制器46控制，使得流动通过涡轮机排气管线94的涡轮机排气经由第一涡轮机排气管线支路94a发送到飞机空调系统10的混合器14中，并用于对飞机机舱16进行空气调节。由于第二三通控制阀布置96被控制进入到其释放第一涡轮机排气管线支路94a同时其闭合第二涡轮机排气管线支路94b的位置，实现了这一点。
另一方面，在配备有所述飞机空调系统10的飞机的飞行模式中，从飞机机舱排放的排气的压力超过在某一飞行高度(约6000m)以上在飞机外部的环境压力。控制器46因此控制飞机空调系统10的操作，使得在配备有所述飞机空调系统10的飞机的飞行模式中，即在飞机空调系统10的第二操作状态中，涡轮机86通过从飞机机舱16经由机舱排气管线74排放的机舱排气驱动。为此，控制器46在飞机空调系统10的第二操作状态中控制飞机空调系统10的操作，使得在配备有所述飞机空调系统10的飞机的飞行模式中，机舱排气从机舱排气管线74供给到涡轮机86。布置在机舱排气管线74中的阀76因此打开，以允许将机舱排气通过机舱排气管线74供给到涡轮机空气供给管线78。
同时，第一控制阀布置79的操作由控制器46控制，使得流动通过环境空气管线12的环境空气经由环境空气旁通管线90直接发送到混合器14中。为实现这一点，布置在涡轮机空气供给管线78中的控制阀88关闭，而布置在旁通环境空气管线90中的控制阀92打开。在配备有所述飞机空调系统10的飞机的飞行模式中，特别是在巡航模式中，在环境空气供给到飞机机舱16前，不必要对在飞机的巡航高度处非常干的环境空气除湿。因此，可旁通水分离器80、再热器82和涡轮机86，并且来自环境空气管线12的环境空气可直接发送到飞机空调系统10的混合器14中。于是，唯一地通过将热传递到制冷设备17的致冷剂回路18冷却环境空气。
最后，在飞机空调系统10的第二操作状态中，即在配备有飞机空调系统10的飞机的飞行模式中，控制器46控制第二控制阀布置96的操作，使得流动通过涡轮机排气管线94的涡轮机排气经由第二涡轮机排气管线支路94b排放到飞机环境中。因此确保在飞机空调系统10的第二操作状态中使用的、用于驱动涡轮机86的机舱排气在其在涡轮机86中膨胀之后，被排放到飞机环境中。
通过环境空气压缩机58将流动通过环境空气管线12的环境空气压缩至比要被空气调节的飞机机舱16的目标机舱压力更大的压力，涡轮机86也促进了冷空气过程的实现，在该过程中，流动通过环境空气管线12的环境空气起始被压缩，然后又被膨胀且由此被冷却。在飞机空调系统10中，可因此唯一地使用制冷设备17中的蒸汽压缩过程操作(例如，在配备有所述飞机空调系统10的飞机在超过6000m的飞行高度下的飞行模式中)或者蒸汽压缩过程和冷空气过程两者(例如，在配备有所述飞机空调系统10的飞机的地面操作中，或在直到6000m的飞行高度的飞机的飞行模式中)，来调节并冷却流动通过环境空气管线12的环境空气。
最后，通过关闭制冷设备17，唯一地使用冷空气过程的飞机空调系统10的操作也是可能的。例如，如果飞机机舱16要通过飞机空调系统10加热，这会是有意义的。唯一地使用冷空气过程的飞机空调系统10的操作作为在制冷设备17失效情况下的应急模式，也是可能的。

Claims (12)

1.飞机空调系统(10)，包括：
环境空气管线(12)，所述环境空气管线(12)适于流动通过有环境空气，并且被连接到所述飞机空调系统(10)的混合器(14)，以向所述混合器(14)供给环境空气；
机舱排气管线(74)，所述机舱排气管线(74)能连接到飞机机舱(16)，并且所述机舱排气管线(74)适于流动有机舱排气；
环境空气压缩机(58)，所述环境空气压缩机(58)布置在所述环境空气管线(12)中，用于压缩流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气；
制冷设备(17)，所述制冷设备(17)包括适于流动通过有致冷剂的致冷剂回路(18)和布置在所述致冷剂回路(18)中的致冷剂压缩机(20)，其中所述致冷剂回路(18)被热耦合到所述环境空气管线(12)，以在环境空气被供给到所述混合器(14)之前，将来自流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气的热传递到在所述致冷剂回路(18)中循环的致冷剂；
涡轮机(86)，所述涡轮机(86)被联接到所述环境空气压缩机(58)，并且被配置为驱动所述环境空气压缩机(58)；和
控制器(46)，所述控制器(46)被配置为控制所述飞机空调系统(10)的操作，使得在所述飞机空调系统(10)的第一操作状态下，所述涡轮机(86)被供给来自所述环境空气管线(12)的环境空气，并且在所述飞机空调系统(10)的第二操作状态下，所述涡轮机(86)被供给来自所述机舱排气管线(74)的机舱排气。
2.根据权利要求1所述的飞机空调系统，
其中所述控制器(46)被配置为控制所述飞机空调系统(10)的操作，使得在配备有所述飞机空调系统(10)的飞机的地面操作中，所述涡轮机(86)被供给来自所述环境空气管线(12)的环境空气，并且在配备有所述飞机空调系统(10)的所述飞机的飞行模式中，所述涡轮机(86)被供给来自所述机舱排气管线(74)的机舱排气。
3.根据权利要求1所述的飞机空调系统，
其中所述涡轮机(86)特别是在水分离器(80)的下游和/或在再热器(82)的下游布置在连接到所述涡轮机(86)的进口的涡轮机空气供给管线(78)中。
4.根据权利要求3所述的飞机空调系统，
其中所述环境空气管线(12)特别是在所述水分离器(80)的上游接合所述涡轮机空气供给管线(78)，和/或其中所述机舱排气管线(74)特别是在所述再热器(82)的上游接合所述涡轮机空气供给管线(78)。
5.根据权利要求1所述的飞机空调系统，
所述飞机空调系统进一步包括环境空气旁通管线(90)，所述环境空气旁通管线(90)能连接到所述环境空气管线(12)，并被配置为将流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气越过所述涡轮机(86)发送到所述混合器(14)中。
6.根据权利要求5所述的飞机空调系统，
所述飞机空调系统进一步包括第一控制阀布置(79)，其中所述控制器(46)被配置为控制所述第一控制阀布置(79)的操作，使得在所述飞机空调系统(10)的所述第一操作状态下，流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气被发送到所述涡轮机空气供给管线(78)，并且在所述飞机空调系统(10)的所述第二操作状态下，流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气被发送到所述环境空气旁通管线(90)。
7.根据权利要求1所述的飞机空调系统，
所述飞机空调系统进一步包括连接到所述涡轮机(86)的出口的涡轮机排气管线(94)，所述涡轮机排气管线(94)具有第一涡轮机排气管线支路(94a)和第二涡轮机排气管线支路(94b)，其中所述第一涡轮机排气管线支路(94a)特别地被连接到所述飞机空调系统(10)的所述混合器(14)，并且其中所述第二涡轮机排气管线支路(94b)特别地被连接到飞机环境(15)。
8.根据权利要求7所述的飞机空调系统，
所述飞机空调系统进一步包括第二控制阀布置(96)，其中所述控制器(46)被配置为控制所述第二控制阀布置(96)的操作，使得流动通过所述涡轮机排气管线(94)的涡轮机排气，在所述飞机空调系统(10)的所述第一操作状态下被经由所述第一涡轮机排气管线支路(94a)发送到所述飞机空调系统(10)的所述混合器(14)，并且在所述飞机空调系统(10)的所述第二操作状态下被经由所述第二涡轮机排气管线支路(94b)发送到所述飞机环境(15)。
9.用于操作飞机空调系统(10)的方法，包括如下步骤：
将环境空气发送通过连接到所述飞机空调系统(10)的混合器(14)的环境空气管线(12)，以向所述混合器(14)供给环境空气；
在布置在所述环境空气管线(12)中的环境空气压缩机(58)中压缩流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气；
提供制冷设备(17)，所述制冷设备(17)包括适于流动通过有致冷剂的致冷剂回路(18)和布置在所述致冷剂回路(18)中的致冷剂压缩机(20)；
将所述制冷设备(17)的所述致冷剂回路(18)热耦合到所述环境空气管线(12)，以在所述环境空气被供给到所述混合器(14)之前，将来自流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气的热传递到在所述致冷剂回路(18)中循环的致冷剂；和
控制所述飞机空调系统(10)的操作，使得被联接到所述环境空气压缩机(58)且被配置为驱动所述环境空气压缩机(58)的涡轮机(86)，在所述飞机空调系统(10)的第一操作状态下被供给来自所述环境空气管线(12)的环境空气，并且在所述飞机空调系统(10)的第二操作状态下被供给来自能连接到飞机机舱(16)的所述机舱排气管线(74)的机舱排气。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中控制所述飞机空调系统(10)的操作，使得在配备有所述飞机空调系统(10)的飞机的地面操作中，所述涡轮机(86)被供给来自所述环境空气管线(12)的环境空气，并且在配备有所述飞机空调系统(10)的所述飞机的飞行模式中，所述涡轮机(86)被供给来自所述机舱排气管线(74)的机舱排气。
11.根据权利要求9所述的方法，
其中控制第一控制阀布置(79)的操作，使得流动通过所述环境空气管线(12)的环境空气，在所述飞机空调系统(10)的所述第一操作状态下被发送到连接到所述涡轮机(86)的进口的涡轮机空气供给管线(78)，并且在所述飞机空调系统(10)的第二操作状态下被通过环境空气旁通管线(90)越过所述涡轮机(86)发送到所述混合器(14)。
12.根据权利要求9所述的方法，
其中控制第二控制阀布置(96)的操作，使得流动通过连接到所述涡轮机(86)的出口的涡轮机排气管线(94)的涡轮机排气，在所述飞机空调系统(10)的所述第一操作状态下被经由第一涡轮机排气管线支路(94a)发送到所述飞机空调系统(10)的所述混合器(14)，并且在所述飞机空调系统(10)的所述第二操作状态下被经由第二涡轮机排气管线支路(94b)发送到飞机环境(15)。
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