CN108688816B - 混合第三空气调节组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合第三空气调节组件。提供一种飞机。所述飞机包括组件。所述组件包括轴、压缩机、通过所述轴联接到所述压缩机的涡轮以及热交换器。所述压缩机根据由所述涡轮通过所述轴提供的功率接收并压缩第一介质。所述涡轮接收并膨胀第二介质以通过所述轴向所述压缩机提供所述功率。所述热交换器被配置来冷却所述第一介质。

Description

混合第三空气调节组件
背景技术
一般来讲，常规的空调系统利用发动机引气来冷却、加热、加压并向飞机机舱内的乘员提供新鲜空气。在整个飞机运行包络线内，用于对飞机机舱进行通风的引气的每一磅/分钟都对飞机性能造成损失。每位乘员所需的最低新鲜空气流量是由管理当局设定的，并且必须得到满足。常规的空调系统无法在降低引气消耗与同时仍然满足新鲜空气流量要求之间适当地寻求平衡以降低燃油消耗和飞机运营成本。
发明内容
根据一个或多个实施方案，提供一种组件。所述组件包括轴、压缩机、通过所述轴联接到所述压缩机的涡轮以及热交换器。所述压缩机根据由所述涡轮通过所述轴提供的功率接收并压缩第一介质。所述涡轮接收并膨胀第二介质以通过所述轴向所述压缩机提供所述功率。所述热交换器被配置来冷却所述第一介质。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案，所述至少一个热交换器可被配置来通过利用所述第二介质来冷却所述第一介质。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，所述至少一个热交换器可被配置来通过利用所述第二介质来冷却所述第一介质。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，所述至少一个热交换器可以在所述第二介质的流动路径上位于所述涡轮的下游。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，所述至少一个热交换器可以在所述第二介质的流动路径上位于所述涡轮的上游。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，所述至少一个热交换器可包括：第一热交换器，其在所述第二介质的流动路径上位于所述涡轮的下游；以及第二热交换器，其在所述第二介质的所述流动路径上位于所述涡轮的上游。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，位于所述涡轮的上游的所述第二热交换器可利用第三介质来冷却所述第二介质。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，位于所述涡轮的上游的所述第二热交换器可利用所述第二介质来冷却所述第一介质。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，所述第一介质可以是新鲜空气并且所述第二介质可以是机舱排气。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，所述第二介质可流动到冲压回路或在离开所述组件之后流动到机外。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，飞机的环境控制系统可包括所述组件。
根据一个或多个实施方案或以上的组件实施方案中的任一个，所述环境控制系统可还包括至少一个空调组件。
根据一个或多个实施方案，提供一种环境控制系统。所述环境控制系统包括：第一空调组件；第二空调组件；混合回路；以及补充组件，其包括轴、压缩机、通过所述轴联接到所述压缩机的涡轮以及至少一个热交换器，其中所述压缩机根据由所述涡轮通过所述轴提供的功率接收并压缩第一介质，其中所述涡轮接收并膨胀第二介质以通过所述轴向所述压缩机提供所述功率，其中所述至少一个热交换器被配置来冷却所述第一介质。
根据一个或多个实施方案或以上的环境控制系统实施方案，所述至少一个热交换器可被配置来通过利用所述第二介质来冷却所述第一介质。
根据一个或多个实施方案或以上的环境控制系统实施方案中的任一个，所述至少一个热交换器可以在所述第二介质的流动路径上位于所述涡轮的下游。
根据一个或多个实施方案或以上的环境控制系统实施方案中的任一个，所述至少一个热交换器可以在所述第二介质的流动路径上位于所述涡轮的上游。
附图说明
本主题在本说明书的结束处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。所述主题的前述和其他特征以及优点从以下结合附图进行的详细描述中显而易见，在附图中：
图1是根据一个或多个实施方案的混合组件架构的示意图；
图2是根据一个或多个实施方案的补充组件的示意图；
图3是根据一个或多个实施方案的补充组件的示意图；
图4是根据一个或多个实施方案的补充组件的示意图；并且
图5是根据一个或多个实施方案的补充组件的示意图。
具体实施方式
本文参考附图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。
本文中的实施方案提供具有两个空调组件和补充组件配置的混合组件架构。补充组件可通过利用通过涡轮膨胀的机舱排气以为新鲜冲压空气压缩机提供动力来提供显著的引气流量减少。通过涡轮膨胀的空气可在被供应到机舱空气分配系统之前用作压缩机出口空气的散热器。此外，在冷却新鲜空气之后，补充组件的排出空气可以移动到冲压回路并且提供用于一个或两个空调组件的引气的冷却。
以上的补充组件的技术效应和益处包括减少来自发动机的引气和/或减少空调组件使用的冲压空气(例如，通过减少阻力损失来提供飞机燃油消耗的进一步降低，所述阻力损失与由于向冲压回路供应排出空气而引起的冲压空气流量减少相关联)。混合组件架构可用作现有飞机的插入件，而无需对现有组件进行修改，或者它可以用在新设计上，以提供尺寸适于巡航操作的组件部件的一些潜在的尺寸减小。
现在转到图1，根据一个或多个实施方案描绘混合组件架构100的示意图。混合组件架构100包括体积102、第一空调组件110、第二空调组件120、补充组件130和混合回路140。
混合组件架构100是飞机的环境控制系统的实例，其调节并混合来自不同源(例如，箭头A和B)的介质，并且使用不同的能量源来为环境控制系统提供动力并在高燃油消耗效率下提供机舱加压和冷却(例如，向体积102提供混合介质)。介质总体上可以是空气，而其他实例包括气体或液体。
混合组件架构100的元件通过阀、管件、管道等连接。阀(例如，流量调节装置或质量流量阀)是通过打开、闭合或部分地阻碍混合组件架构100的管件、管道等内的各种通道来调节、引导和/或控制介质流量的装置。阀可通过致动器来操作，以使得混合组件架构100的任何部分中的介质的流量可被调节到所需值。
根据非限制性实施方案描绘混合组件架构100的示意图，如同它可安装在飞机上那样。由于考虑到另选的实施方案，因此飞机实例不意图进行限制
鉴于以上飞机实施方案，第一介质可以是引气，其是供应到飞机的发动机或辅助动力单元或源自飞机的发动机或辅助动力单元(从其“抽出”)的加压空气。应注意，引气的温度、湿度和压力可根据压缩机级和发动机的每分钟转数而广泛地变化。一般来讲，本文所述的引气是低压空气。体积102可以是飞机机舱内或组合后的飞行驾驶舱和飞机机舱内的加压空气。一般来讲，本文所述的加压空气处于为飞机上的人员创建安全且舒适的环境的压力下。
第二介质可以是新鲜空气，其可以是肯定会进入体积102的外部空气。外部空气可由一个或多个舀取机构(诸如冲刷勺或洗刷勺)获得。这些舀取机构可被视为新鲜空气或外部空气入口。一般来讲，本文所述的新鲜空气处于相对于高度的飞机外部的环境压力下。
第三介质可从体积102获得。也就是说，第三介质可以是机舱排气，其可以是离开体积102并且倾倒/排放到机外的空气。例如，机舱排气可被供应到目的地(诸如出口)。出口的实例可包括但不限于离开组件之后到机外和/或冲压回路(其排出机外)。
混合回路140是机械配置，其将从空调组件110和120以及补充组件130流出的调节后介质进行组合，并将所得的经组合的调节后介质提供到体积102。
第一空调组件110和第二空调组件120可单独执行来自以上介质的功或从以上介质提取功，以实现不同高度处需要的某些操作。空调组件110和120可包括冲压回路，所述冲压回路包括包封一个或多个热交换器的外壳。外壳可接收介质(诸如本文所述的冲压空气)并引导其通过它的对应的组件。一个或多个热交换器是为了从一种介质向另一种介质进行高效热传递而构建的装置。热交换器的实例包括双管道式、壳式和管式、板式、板式和壳式、绝热轮式、板翅式、枕板式和流体热交换器。由外壳包封的一个或多个热交换器可称为冲压式热交换器。
空调组件110和120可包括压缩装置，所述压缩装置包括压缩机、涡轮、风扇和轴的各种组合。压缩装置是机械装置，其包括用于对介质执行热力学功的部件。压缩装置109的实例包括空气循环机、三轮空气循环机、四轮空气循环机等。空调组件110和120还可包括脱水器、冷凝器等。
补充组件130可包括压缩机和热交换器的不同布置，其可用于减少总体引气损失。现将相对于图2-5来描述示例性布置。
图2是根据一个或多个实施方案的组件200的示意图。组件200包括压缩机210、涡轮220、轴222和热交换器250。组件200还包括阀261、262和263以及介质270、271、272和273。组件200可被视为下游热交换器布置，其中热交换器250在介质271的流动路径上位于涡轮220的下游。
在组件200的示例性操作中，压缩机210接收并压缩介质270(例如，新鲜空气)。涡轮220凭借膨胀介质271(例如，机舱排气)来通过轴222向压缩机210提供功率。
热交换器250利用涡轮220的排气(例如，冷机舱排气)来冷却从涡轮210流出的压缩且加热的介质270。热交换器250继而将介质272作为冷却且压缩形式的介质270提供到混合单元140。应注意，从热交换器250离开的介质273可在离开组件之后提供到机外和/或提供到冲压回路(其排出机外)。
应注意，在实施方案中，涡轮排气与压缩机新鲜空气的预期流量比大约为1.70。因此，1.70磅/分钟的机舱排气可产生1.0磅/分钟的新鲜空气，以抵消1.0磅/分钟的引气抽取量。
图3是根据一个或多个实施方案的组件300的示意图。组件300包括压缩机310、涡轮320、轴322和热交换器350。组件200还包括阀363以及介质370、371、372和373。组件300可被视为上游热交换器布置，其中热交换器350在介质371的流动路径上位于涡轮320的上游。
在组件300的示例性操作中，压缩机310接收并压缩介质370(例如，新鲜空气)。涡轮320凭借膨胀介质371(例如，机舱排气)来通过轴322向压缩机310提供功率。热交换器350利用介质371(例如，机舱排气)来冷却从涡轮310流出的压缩且加热的介质370。热交换器350继而将介质372作为冷却且压缩形式的介质370提供到混合单元140。应注意，从热交换器350离开的介质371可提供到涡轮320，之后是冲压回路和/或机外。
图4是根据一个或多个实施方案的组件400的示意图。组件400包括压缩机410、涡轮420、轴422、热交换器450和热交换器460。组件400还包括阀463以及介质470、471、472和473。组件400可被视为经组合的热交换器布置，其中热交换器450在介质471的流动路径上位于涡轮420的上游，并且热交换器460在介质471的流动路径上位于涡轮420的下游。
在组件400的示例性操作中，压缩机410接收并压缩介质470(例如，新鲜空气)。涡轮420凭借膨胀介质471(例如，机舱排气)来通过轴422向压缩机410提供功率。在介质471膨胀之前，热交换器450利用介质471来冷却从涡轮410流出的压缩且加热的介质470。在介质471膨胀之后，热交换器460利用介质471来进一步冷却从热交换器450流出的压缩且加热的介质470。热交换器460继而将介质472作为冷却且压缩形式的介质470提供到混合单元140。应注意，从热交换器450离开的介质471可提供到涡轮420，之后是热交换器450，之后是冲压回路和/或机外。
图5是根据一个或多个实施方案的组件500的示意图。为了便于解释，组件500的与组件200类似的部件已通过使用相同的标识符而被重复使用，并且不再重复介绍。组件500包括热交换器590以及介质574和575。热交换器590在介质271的流动路径上位于涡轮220的上游。热交换器590利用介质574来加热介质271。介质574从热交换器590排出，以作为介质575。热交换器590由此向介质574提供冷却，这对于使用介质575的部件可能是有利的。
本文参考根据实施方案的方法、设备和/或系统的流程图解、示意图和/或方框图描述实施方案的各方面。此外，各种实施方案的描述已出于说明目的而呈现，但是并不意图是详尽的或受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，许多修改和变化对本领域的普通技术人员来说将是明显的。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所公开的实施方案。
本文所使用的术语仅仅出于描述具体实施方案的目的，并且不意图是限制性的。如本文所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”也意图包括复数形式。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指明存在所述特征、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/或其群组。
本文描绘的流程图仅仅是一个实例。在不脱离本文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都可以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 (5)

1.一种包括补充组件的飞机的环境控制系统，所述补充组件包括：
轴；
压缩机；
涡轮，其通过所述轴联接到所述压缩机；以及
至少一个热交换器；
第一阀；
第二阀；
第三阀；以及
混合单元；
其中所述压缩机根据由所述涡轮通过所述轴提供的功率接收并压缩第一介质，所述第一介质是新鲜空气；
其中所述涡轮经由所述第一阀接收并膨胀第二介质以通过所述轴向所述压缩机提供所述功率，所述第二介质是机舱排气；
其中所述至少一个热交换器被配置来冷却所述第一介质，所述第一介质被压缩和加热并且从所述压缩机流动；
其中所述至少一个热交换器包括：第一热交换器，其在所述第二介质的流动路径上位于所述涡轮的下游；以及第二热交换器，其在所述第二介质的所述流动路径上位于所述涡轮的上游；
其中为了冷却所述第一介质，所述热交换器利用：
所述涡轮的排气，其是冷却形式的机舱排气；以及
经由所述第二阀的第一介质的一部分；
所述第一热交换器继而将介质作为冷却且压缩形式的第一介质经由所述第三阀提供到混合单元；以及
其中所述涡轮上游的第二热交换器利用第三介质来加热所述第二介质，所述第三介质从所述第二热交换器作为另一介质被排出。
2.如权利要求1所述的环境控制系统，其中位于所述涡轮的上游的所述第二热交换器利用所述第二介质来冷却所述第三介质。
3.如权利要求1所述的环境控制系统，其中所述第二介质流动到冲压回路或在离开所述组件之后流动到机外。
4.如权利要求1所述的环境控制系统，其中所述环境控制系统还包括至少一个空调组件。
5.如权利要求1至3中任一项所述的环境控制系统，还包括：
第一空调组件；
第二空调组件；
其中所述混合单元从所述补充组件接收冷却且压缩形式的第一介质；
其中所述混合单元将从空调组件以及补充组件流出的调节后介质进行组合，并将所得的经组合的调节后介质提供到体积，所述体积是飞机机舱内或组合后的飞行驾驶舱和飞机机舱内的加压空气。
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