CN110294130A - 冷却系统、空气调节包和调节空气的方法 - Google Patents

冷却系统、空气调节包和调节空气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了冷却系统、空气调节包和调节空气的方法。冷却系统(115)的空气调节包(145)包括空气循环机组件(116)、机舱空气压缩机组件(126)和混合管道(138)。空气循环机组件(116)包括被配置为接收包括引气的空气流以产生经压缩的空气流的压缩机(118)。空气循环机组件(116)利用经压缩的空气流的第一部分为压缩机(118)提供动力。机舱空气压缩机组件(126)接收经压缩的空气流的第二部分，并利用该第二部分来产生经压缩的冲压空气。混合管道(138)接收经压缩的冲压空气并允许经压缩的冲压空气与压缩机(118)上游的空气流或压缩机(118)下游的经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生用于冷却交通工具(10)的至少一部分的混合空气流。

Description

冷却系统、空气调节包和调节空气的方法
技术领域
本公开的实施例大体上涉及用于调节用来冷却交通工具(例如，商用飞机)的空气的冷却系统和方法。
背景技术
用在运输交通工具(例如，商用飞机)中的已知空气调节系统通常使用基于空气的热力循环来为飞机的各种内部隔间/舱(compartment)(例如，客舱、驾驶舱、货舱等)提供冷却的加压空气。至少一些已知的空气调节系统仅由从交通工具发动机(例如，飞机的燃气涡轮发动机)的压缩机级提取的引气提供动力。与交通工具内的空气相比，来自发动机的引气处于升高的温度和压力。空气调节系统可以仅使用来自交通工具外部的周围环境的冲压空气(ram air)来冷却引气。在从引气吸收热量之后，冲压空气被排放到周围环境中。一旦引气在空气调节系统中被冷却并被调节，则引气被用于各种交通工具冷却任务。例如，引气可以被分配到客舱中，用于客舱内的温度控制、通风和加压。
常规空气调节系统的操作会降低交通工具的燃料经济性和/或效率。例如，使用来自发动机或其他引气源的引气用于空气调节使否则可能被用于推进的动力转移。使用引气冷却和调节客舱会降低交通工具操作期间的燃料经济性和/或效率，这是因为来自燃料燃烧的功被消耗以产生高压引气而不是提供推进。此外，使用冲压空气来冷却引气通常需要在交通工具移动期间捕获环境空气并将环境空气通过进气口或通风口引导到交通工具中，(相对于将较少的环境空气引导到交通工具中而言)这增加了交通工具上的阻力。增加的阻力会降低燃料经济性和效率，因为可能需要更多的能量来以给定速度推进交通工具通过周围环境。
发明内容
本公开的某些实施例提供了一种用于交通工具的冷却系统。该冷却系统包括空气调节套包(package)和控制回路。如本文所使用的，空气调节套包可包括或表示自包含的空气调节单元或组件。例如，根据本文所述一个或更多个实施例的空气调节套包可以自包含在壳体或箱体内，并且可选地可以是便携式的，以使得空气调节包/空调机组(airconditioning pack)能够被安装在交通工具上。术语“空气调节套包”在本文中也称为“空气调节包”。
根据一个或更多个实施例的冷却系统的空气调节包包括空气循环机组件、机舱空气压缩机组件和混合管道。所述空气循环机组件包括压缩机，该压缩机被配置为接收包括引气的空气流以产生经压缩的空气流。空气循环机组件被配置为利用来自压缩机的经压缩的空气流的第一部分为压缩机提供动力。机舱空气压缩机组件被配置为从压缩机接收经压缩的空气流的第二部分，并利用第二部分来产生经压缩的冲压空气。混合管道被配置为接收经压缩的冲压空气并允许经压缩的冲压空气与压缩机上游的空气流或压缩机下游的经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生用于冷却交通工具的至少一部分的混合空气流。
本公开的某些实施例提供了一种用于交通工具的冷却系统。该冷却系统包括空气调节包和控制回路。空气调节包包括空气循环机组件、机舱空气压缩机组件和一个或更多个混合管道。所述空气循环机组件包括压缩机，该压缩机被配置为接收包括引气的空气流以产生经压缩的空气流。空气循环机组件被配置为利用来自压缩机的经压缩的空气流的第一部分为压缩机提供动力。机舱空气压缩机组件被配置为从空气循环机组件的压缩机接收经压缩的空气流的第二部分。第二部分与第一部分分离。机舱空气压缩机组件被配置为利用第二部分来产生经压缩的冲压空气。所述一个或更多个混合管道被配置为接收经压缩的冲压空气并允许经压缩的冲压空气与压缩机上游的空气流或压缩机下游的经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生混合空气流，混合空气流用于冷却交通工具的至少一部分。控制回路可操作地连接到空气调节包。控制回路被配置为基于交通工具的操作模式和交通工具外部的环境温度中的一个或更多个来控制在不同特定配置中通过空气调节包的流动路径。
本公开的某些实施例提供了一种用于调节交通工具中使用的空气的方法。该方法包括通过压缩机压缩包括从引气源接收的引气的空气流，以产生经压缩的空气流。该方法包括使用来自压缩机的经压缩的空气流的第一部分为空气流的压缩提供动力，并使用经压缩的空气流的第二部分来产生经压缩的冲压空气。该方法还包括将经压缩的冲压空气与压缩机上游的空气流或压缩机下游的经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生混合空气流，并利用该混合空气流来调节该交通工具内的至少一个隔间的温度。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个实施例的交通工具的前透视图。
图2是根据本公开的一个实施例的交通工具的示意图。
图3是根据本公开的一个实施例的图1和图2中示出的交通工具的冷却系统的示意表示。
图4是图3的冷却系统的示意图，其示出了处于第一地面配置的冷却系统的空气调节包。
图5是图3和图4的冷却系统的示意图，其示出了处于第二地面配置的空气调节包。
图6是图3至图5的冷却系统的示意图，其示出了处于巡航飞行配置的空气调节包。
图7是根据本公开的一个实施例的用于调节交通工具中使用的空气的方法的流程图。
具体实施方式
本公开的某些实施例包括空气调节包，其被配置为冷却和调节空气。与已知的空气调节系统相比，本文所述实施例中的空气调节包能够从引气源(例如，燃气涡轮发动机或辅助动力单元)提取较少的引气，同时满足空气调节要求。因此，在交通工具操作期间，发动机内产生的更大百分比的压缩空气能够用于交通工具推进。此外，与已知的空气调节系统相比，本文所述的空气调节包在操作期间还可以需要更少的要被利用的冲压空气，从而减少交通工具上的阻力。由于空气调节所需的引气和冲压空气的量减少，本文公开的空气调节包可以提高交通工具的燃料经济性和效率。提高的燃料经济性和效率会导致交通工具的更长续航里程和降低的燃料成本。
根据本文所述实施例的空气调节包包括空气循环机组件，所述空气循环机组件通过管道系统流体地和热力学地联接到机舱空气压缩机组件。空气循环机组件被配置为对包括引气的空气流加压以产生经压缩的空气流。机舱空气压缩机组件被配置为对冲压空气加压以产生经压缩的冲压空气。在空气流被空气循环机组件压缩之前或之后，经压缩的冲压空气在混合管道中与引气混合，以产生混合空气流。混合空气流可以从空气调节包中排出并被引导到交通工具的一个或更多个隔间。混合空气流是温度控制的并且可用于在交通工具内提供冷却、通风和/或加压。
某些已知的空气调节系统的输出通常仅是引气，使得冲压空气仅用于冷却引气并然后从交通工具排出。然而，根据本公开的实施例的空气调节包输出混合空气流，该混合空气流是引气和冲压空气二者的混合物。将引气与经压缩的冲压空气相结合能够有效地限制空气调节包所使用的引气量。例如，本文所述的空气调节包可以在交通工具的所有操作模式下使用比已知空气调节系统更少的引气，并且还可以使用比已知空气调节系统更少的冲压空气。
根据本公开的一个或更多个实施例的空气调节包使用从交通工具的引气源提取的引气的气动动力将冲压空气压缩到指定压力。空气调节包可以通过使用引气同时驱动空气循环机组件和机舱空气压缩机组件二者来充分开发引气的能量潜力。例如，来自空气循环机组件的经压缩的空气流(包括引气)可以被分流，使得经压缩的空气流的第一部分被引导至空气循环机组件的涡轮以驱动引气的压缩，并且经压缩的空气流的第二部分被引导至机舱空气压缩机组件的涡轮以驱动冲压空气的压缩。
图1示出了根据本公开的一个实施例的交通工具10的前透视图。所示实施例中的交通工具10是飞机，并且在本文中称为飞机10。具体地，图1中所示的飞机10可以是商用飞机。飞机是本文所述交通工具的一个非限制性示例实施例，并且本公开的其他实施例中的交通工具10可以是另一种类型的运输交通工具，例如轨道交通工具、公共汽车、汽车、海上航行器等。例如，在本文的各种实施例中描述的空气调节包可以安装在各种不同的交通工具上，用于控制交通工具内的空气的温度、压力和通风。可以包括空气调节包的各种不同的交通工具包括商用飞机(例如，图1中所示的飞机10)，但不限于商用飞机。
所示实施例中的飞机10包括推进系统12，推进系统12具有两个主发动机14，用于推进飞机10。主发动机14可以是燃气涡轮(诸如涡轮风扇)发动机。主发动机14可以由飞机10的机翼16承载。在另一些实施例中，推进系统12可以包括仅一个或多于两个的主发动机14，并且/或者主发动机14可以安装到机身飞机10的机身18和/或尾翼20而不是机翼16上。飞机10的机身18限定了内部空间26(在图2中示出)，内部空间可包括多个隔间，例如客舱28、驾驶舱30、货物区32等。
图2是根据本公开的一个实施例的飞机10的示意图。图2中的飞机10的图示出了飞机10的用于产生经调节的空气并将经调节的空气供应到飞机10的内部空间26的部件。例如，所示实施例中的飞机10包括一个或更多个引气源113和冷却系统115。所述一个或更多个引气源113被配置为将压缩空气(例如，本文中称为引气)供应到冷却系统115。
冷却系统115被配置为从引气中提取能量以产生经调节的空气，该经调节的空气被提供用于飞机10中的各种冷却和/或通风任务。来自冷却系统115的经调节的空气中的至少一些可以分布在内部空间26内，例如在乘客所在的客舱28内、飞行员和/或其他机组成员所在的驾驶舱30和/或存储货物(例如，宠物、行李、散件等)的货物区。经调节的空气可具有受控的温度、压力和/或湿度。应认识到，图2的图中所示的飞机10的部件与空气调节相关，并且不旨在表示飞机10的所有部件、系统、装置等。
冷却系统115包括空气调节包145和控制回路146。空气调节包145是具有参考图3-图6详细示出并描述的各种空气处理和热管理部件和装置(例如热交换器、压缩机、涡轮、阀门和管道)的系统。根据本文所述实施例的空气调节包145在飞机10的全部操作时段内为飞机10提供加压、通风和温度控制。空气调节包145可被配置成当飞机10在地面高度处静止时用于飞机10的地面操作模式，当飞机10在巡航高度处飞行时用于飞机10的巡航飞行操作模式，并用于其间的任何飞行条件或模式。例如，在本文所述一个或更多个实施例中，空气调节包145可被配置处于一种或更多种地面配置以供飞机10在地面操作模式下使用，并且可被配置处于一种或更多种巡航飞行配置以供飞机10在巡航飞行操作模式下使用。
控制回路146可操作地连接到空气调节包145并且被配置为控制空气调节包145的操作。例如，控制回路146可用于(i)打开和关闭阀门，(ii)启动和停用开关、马达和/或风扇，以及(iii)监测各种参数，例如系统温度和压力、飞机隔间温度、外部环境温度、飞机高度、飞机速度等。控制回路146可以被配置为打开和关闭特定阀以控制在空气调节包145的不同特定配置中通过空气调节包145的流动路径(例如，空气流动路径)。控制回路146可以基于控制回路146接收的各种输入，选择或切换到空气调节包145的特定配置中的一种。作为示例，控制回路146可以基于飞机10的不同操作模式(例如，巡航飞行或地面)和/或基于飞机10外部的周围环境条件重新配置通过空气调节包145的空气流动路径。周围环境条件可包括飞机10外部的环境温度、飞机10的高度、飞机10外部的环境湿度和/或类似条件。
在所示实施例中的飞机10包括多个引气源113，引气源113被配置为将引气供应到冷却系统115的空气调节包145。具体地，飞机10包括主发动机14和辅助动力单元152(简称为图2中的“APU”)，主发动机14和辅助动力单元152表示引气源113。主发动机14从飞机10的外部接收被吸入相应主发动机14的压缩机(未示出)的空气。空气在流入燃烧室(未示出)(在此处空气与燃料一起燃烧以产生用于推进飞机10的推力)之前通过压缩机压缩。主发动机14中的至少一个包括沿着压缩机的中间级的排放端口(未示出)，该排放端口被配置为允许引气在进入燃烧室之前离开主发动机14。来自至少一个主发动机14的引气可以通过引气管道154被输送到空气调节包145。
辅助动力单元152可以是飞机10上的燃气涡轮发动机。辅助动力单元152为飞机10内的非牵引负载产生动力而不是推进飞机10。辅助动力单元152还可以产生加压引气以供空气调节包145在飞机10的地面操作模式期间使用。例如，辅助动力单元152可以在主发动机14关闭或空转时(例如，当飞机10在地面上时)供应动力。与主发动机14类似，辅助动力单元152可以对辅助动力单元152的压缩机(未示出)内的空气加压以产生引气。辅助动力单元152还可以提供电力和/或轴功率，其可以用于主发动机起动和为电力负载(例如，灯和仪器)供电。来自辅助动力单元152的引气可以通过引气管道156被输送到空气调节包145。引气管道156可选地可以与引气管道154结合，如图2所示。尽管未在图2中示出，飞机10可包括沿着引气管道154、156的阀门，所述阀门控制通过引气管道154、156的空气流动。阀门可由冷却系统115的控制回路146或飞机10上的另一控制回路控制。例如，响应于飞机10处于地面操作模式，可以控制阀门以允许从辅助动力单元152通过引气管道156到空气调节包145的引气流动，同时阻止从主发动机14通过引气管道154的引气流动。
冷却系统115的空气调节包145通过飞机10的冲压空气管道158接收冲压空气。冲压空气管道158从飞机10的外表面上的冲压空气进气口160延伸到空气调节包145。冲压空气进气口160可以为风斗(scoop)或通气孔，冲压空气通过该风斗或通气孔进入飞机10。冲压空气是飞机10外部的环境空气，其由于飞机10的移动而流入飞机10。在所示实施例中，飞机10的冲压空气管道158可以分流或分支成多个入口管道，例如第一冲压空气入口管道178、第二冲压空气入口管道179和第三冲压空气入口管道180。第一冲压空气入口管道178和第二冲压空气入口管道179通过冲压空气入口端口124(在图3中示出)连接至空气调节包145，并被配置为将冲压空气供应到机舱空气压缩机组件126(图3)。第三冲压空气入口管道180在散热器入口端口182(图3)处连接至空气调节包145，并且与冲压空气散热器回路144(图3)流动连通。
空气调节包145从引气中提取能量以用于压缩冲压空气。冲压空气与空气调节包145内的引气混合以限定混合空气流。混合空气流作为经调节的空气从空气调节包145排出，其经由一个或更多个供气管道161被分配到客舱28、驾驶舱30、货物区32和/或飞机10的内部空间26内的其他隔间。混合空气流由空气调节包145调节，以在飞机10内提供温度控制、湿度控制、通风和/或加压。混合空气流可与客舱28内的空气混合，并且可选地可以通过飞机10的流出端口162从飞机10排出。在一个或更多个实施例中，从冲压空气管道158接收在空气调节包145内的一些冲压空气不被压缩，而是用于吸收空气调节包145内的热量。例如，这部分冲压空气可用于从引气中吸收热量。用于吸收热量的这部分冲压空气通过排气管道166离开空气调节包145到达飞机10的排气端口164，在排气端口164加热的冲压空气被从飞机10排出。
在一个或更多个实施例中，空气调节包145可以是单一的整体系统，使得空气调节包145的部件可以共同设置在单个壳体或箱体内。可选地，控制回路146可以位于壳体内、可以安装在壳体的外表面上，或者可以远离空气调节包145安装。空气调节包145可以足够紧凑和轻便以便用于手持携带。结果，通过将空气调节包145装载到位并在管道系统、机械紧固件、电子部件等之间进行相应的连接，空气调节包145可以相对简单地安装在飞机10或包含现有的基于引气的空气调节系统的另一交通工具内。
在所述一种或更多种地面配置中，当飞机在地面上时，空气调节包145可以在飞机10的内部空间26内供应经调节的空气。例如，经调节的空气可以在装载和卸载客舱28时使乘客舒适，并且可以在准备即将到来的航班或在先前的航班之后进行清洁时使乘务员舒适。参考图4和图5示出并描述了空气调节包145的各种地面配置。例如，图4表示第一地面配置，而图5表示第二地面配置。在第一和第二地面配置中，飞机10的辅助动力单元152用于向空气调节包145供应引气。空气调节包145使用引气来压缩冲压空气，使得冲压空气的压力与从辅助动力单元152接收的引气的压力基本相同。冲压空气的压力可以与从辅助动力单元152接收的引气的压力在指定的引气压力范围内(例如，在引气压力的1％、5％或10％内)基本相同。通过空气调节包145的空气流动路径被配置为使得到来的引气与经压缩的冲压空气混合，并且引气流和经压缩的冲压空气流在空气调节包145内一起被冷却。当在地面高度处的飞机10外部的周围环境的温度等于或高于指定的阈值温度时，可以使用第一地面配置。图5中所示的第二地面配置具有与第一地面配置略微不同的流动路径，并且可在环境温度低于指定的阈值温度时使用。
在一种或更多种巡航飞行配置中，空气调节包145可以在飞机10的巡航飞行操作模式期间(例如，在指定的巡航高度飞行时)供应经调节的空气用于飞机10的内部空间26的加压、温度控制和通风。参考图6示出并描述了空气调节包145的一种巡航飞行配置。尽管在所示实施例中仅示出了一种巡航飞行配置，但是在另一些实施例中，空气调节包145可以被配置处于另外的巡航飞行配置，如本文所述。在每种巡航飞行配置中，飞机10的至少一个主发动机14用于向空气调节包145供应引气。空气调节包145使用引气来压缩冲压空气，使得冲压空气的压力与客舱28的压力基本相同。冲压空气的压力可以与客舱28的压力在指定的机舱空气压力范围内(例如，在机舱空气压力的1％、5％或10％内)基本相同。在巡航飞行配置中，经压缩的冲压空气不像在地面配置中那样与引气混合，而是与冲压空气动力涡轮排出空气混合并由其冷却。然而，在从空气调节包145排出之前，引气与经压缩的冲压空气混合，使得输出的空气流包括引气和经压缩的冲压空气二者，类似于地面配置。
控制回路146被配置为控制(例如，选择和切换)空气调节包145的不同配置。控制回路146包括和/或表示一个或更多个硬件回路或回路系统，所述硬件回路或回路系统包括、连接有或二者均包括并连接有一个或更多个处理器、控制器和/或其他基于硬件逻辑的装置。控制回路146可以包括中央处理单元(CPU)、一个或更多个微处理器、图形处理单元(GPU)或能够根据特定逻辑指令处理输入数据的任何其他电子部件。例如，控制回路146可以执行存储在有形且非暂时性计算机可读存储介质(例如，存储器装置)上的指令。例如，控制回路146可以被配置为响应于某些触发事件，根据存储在存储器装置上的指令来启动或停用空气调节包145中的某些阀门以改变流动路径。触发事件可以包括从操作员输入装置接收的输入(例如，操作员经由键盘或手持输入装置等手动选择空气调节包145的特定配置)。用于控制回路146重新配置空气调节包145的流动路径的其他触发事件可以基于检测到的飞机10的操作条件和/或检测到的周围环境条件，如本文更详细描述的。控制回路146可以经由一个或更多个有线控制线或无线通信链路可操作地连接到空气调节包145，使得控制回路146可以无线地或沿着有线路径将控制信号传送到空气调节包145中的各种阀门、鼓风机(例如，风扇)和其他装置。
图3是根据本公开的一个实施例的图1和图2中所示的飞机10的冷却系统115的示意图。图3示出了空气调节包145的系统架构的非限制性示例。空气调节包145包括空气循环机组件116、用于压缩冲压空气的机舱空气压缩机组件126以及一个或更多个混合管道138。空气循环机组件116由引气驱动，并且机舱空气压缩机组件126由动力涡轮130驱动。空气循环机组件116在本文中称为ACM组件116，并且机舱空气压缩机组件126在本文中称为CAC组件126。ACM组件116、CAC组件126和一个或更多个混合管道138沿着空气调节包145的空气调节流动回路170设置。空气调节流动回路170由一系列相互连接的管道171限定，管道171被配置为沿限定的路径引导空气流动。术语“管道”旨在广泛地包括各种空气处理构件，例如导管、滑槽、管子、软管等。管道171引导引气和冲压空气在空气调节包145中的部件和装置之间的流动。空气调节包145还包括与空气调节流动回路170分离的冲压空气散热器回路144。冲压空气散热器回路144输送空气流，该空气流被配置为从空气调节流动回路170内的空气吸收热量。
空气调节包145包括沿空气调节流动回路170的管道171设置的多个阀门172。阀门172被配置为选择性地打开和关闭以控制通过空气调节流动回路170的空气流的流动路径。控制回路146可以通过将控制信号传送到阀门172来控制阀门172的状态或位置。控制回路146可以无线地和/或通过导线将控制信号传送到相应的阀门172。在图3-图6中，具有“X”字样的阀门172表示允许流体从中流过的打开或至少部分打开的阀门172，并且空白圆圈(例如，没有“X”字样)的阀门172表示阻止流体从中流过的关闭的阀门172。尽管所有阀门172都被描绘为处于打开位置，但是图3可选地不表示将在飞机10的操作中采用的空气调节包145的任何特定配置。
ACM组件116包括压缩机118和涡轮120，它们通过轴122彼此机械联接。例如，涡轮120的旋转使轴122旋转，这驱动压缩机118的旋转。压缩机118和涡轮120各自可包括一级或多级旋转叶片和静止翼片(未示出)。在本文所述的一个或更多个实施例中，ACM组件116的压缩机118被配置为接收包括引气的空气流。根据空气调节包145的所选配置，空气流可包括具有引气或仅具有引气的经压缩的冲压空气。压缩机118对空气流加压以产生经压缩的空气流。ACM组件116还被配置为利用离开压缩机118的经压缩的空气流的一部分，以便为压缩机118提供动力。例如，用于为压缩机118提供动力的这部分经压缩的空气流被引导至涡轮120并通过涡轮120膨胀。涡轮120从经压缩的空气流中提取能量，该经压缩的空气流用作气动动力以通过轴122驱动压缩机118的旋转。
所示实施例中的CAC组件126包括通过轴132彼此机械联接的第一机舱空气压缩机128、第二机舱空气压缩机129和涡轮130。CAC组件126与ACM组件116间隔开，使得轴132与ACM组件116的轴122分开。
CAC组件126被配置为从ACM组件116的压缩机118接收经压缩的空气流的另一部分。例如，经压缩的空气流的第一部分被引导至ACM组件116的涡轮120，而经压缩的空气流的分离的第二部分被引导至CAC组件126。CAC组件126利用经压缩的空气的第二部分来产生经压缩的冲压空气。例如，根据空气调节包145的所选配置，机舱空气压缩机128、129中的一者或二者接收冲压空气并压缩该冲压空气以产生经压缩的冲压空气。来自压缩机118的经压缩的空气流的第二部分被引导通过CAC组件126的涡轮130。涡轮130使穿过涡轮130的经压缩的空气流膨胀并从其中提取能量。提取的能量用作气动动力，以通过轴132驱动机舱空气压缩机128、129中的一者或二者的旋转。
所述一个或更多个混合管道138表示空气调节流动回路170中的管道171，其被配置为接收经压缩的冲压空气和其中包含引气的空气流二者。例如，根据混合管道138的位置，混合管道138可以接收包含压缩机118上游的引气的空气流，或者可以接收包含压缩机118下游的引气的经压缩的空气流。混合管道138允许经压缩的冲压空气与引气流和/或经压缩的引气流混合，以限定包括冲压空气和引气二者的混合空气流。在与来自涡轮120的排气混合之后，混合空气流用于冷却飞机10的至少一部分。在所示实施例中，空气调节包145包括第一混合管道138A和第二混合管道138B。第一混合管道138A沿着空气流动通过空气调节流动回路170的方向位于ACM组件116的压缩机118的上游。第一混合管道138A接收包含经由引气入口管道174进入空气调节包145的引气的空气流。第一混合管道138A还接收离开CAC组件126的机舱空气压缩机128、129中的一者或二者的经压缩的冲压空气。由于第一混合管道138A位于压缩机118的上游，因此在第一混合管道138A内产生的混合空气流被引导至ACM组件116的压缩机118。
第二混合管道138B位于ACM组件116的压缩机118的下游。第二混合管道138B在经压缩的引气流已离开ACM组件116的压缩机118并穿过CAC组件的涡轮130之后接收该经压缩的引气流。第二混合管道138B还接收离开CAC组件126的机舱空气压缩机128、129中的一者或二者的经压缩的冲压空气。在第二混合管道138B内产生的混合空气流可随后与从涡轮120排出的空气混合并从空气调节包145排出，以用于冷却飞机10的至少一部分。根据空气调节包145的所选配置，经压缩的空气流可以与混合管道138A、138B中的仅一个或两个中的引气混合，如本文更详细描述的。
空气调节包145还可包括位于ACM组件116的压缩机118下游的分流器134。分流器134设置在ACM组件116的压缩机118和涡轮120之间。例如，分流器134位于压缩机118的下游和涡轮120的上游。分流器134被配置为将来自单个管道171的到来的空气流分成沿着不同管道171的两个流出空气流。例如，分流器134接收来自压缩机118的经压缩的空气流，并将该经压缩的空气流分成经压缩的空气流的第一部分和第二部分。经压缩的空气流的第一部分沿第一分支管道173输送到ACM组件116的涡轮120，而经压缩的空气流的第二部分沿第二分支管道175输送到CAC组件126的涡轮130。经压缩的空气流的第一部分和第二部分是分离的并且彼此分开。分流器134可以是管道171之间的配件、特别设计的管道或管道171内的插入件。
分流器阀门172A可设置在分流器134处或其附近，以控制如何在分流器134处将经压缩的空气流分流成第一部分和第二部分。例如，所示实施例中的分流器阀门172A沿着第二分支管道175设置。调整分流器阀门172A以增加通过分流器阀门172A的经压缩的空气流的质量流率增加了被引导至CAC组件126的涡轮130的所述第二部分的质量流率，并且降低了被引导至ACM组件116的涡轮120的所述第一部分的质量流率。相反，减小分流器阀门172A的开度降低了第二部分的质量流率并增加了第一部分的质量流率。在替代实施例中，分流器阀门172A可以沿着第一分支管道173而不是沿着第二分支管道175设置，或者沿着第二分支管道175的分流器阀门172A与沿着第一分支管道173的第二阀门一起使用。
在至少一个实施例中，空气调节包145包括壳体142或箱体，并且空气调节包145的部件中的至少一些设置在壳体142内。例如，在所示实施例中，ACM组件116、CAC组件126和混合管道138A、138B与互连管道171一起设置在壳体142内。冲压空气散热器回路144的一部分也可以设置在壳体142内。例如，壳体142包括散热器入口端口182，以使冲压空气能够从冲压空气入口管道180被输送到冲压空气散热器回路144的被设置在壳体142内的这部分。壳体142可以由刚性材料(例如一种或更多种塑料和/或金属)构成。在所示实施例中，控制回路146安装在壳体142上或安装到壳体142，但是在另一些实施例中，控制回路146可以设置在壳体142内或远离壳体142定位(例如，在壳体142的外部并与壳体142间隔开)。在替代实施例中，空气调节包145可以没有壳体142，或者ACM组件116和/或CAC组件126的至少一部分可以设置在壳体142的外部。
在所示实施例中，空气调节包145包括第一热交换器112和第二热交换器150。两个热交换器112、150在空气调节流动回路170和冲压空气散热器回路144之间提供热传递。在热交换器112、150处，热量从空气调节流动回路170排出到冲压空气散热器回路144中。在所示实施例中，第一热交换器112和第二热交换器150沿着空气调节流动回路170串联布置在ACM组件116的压缩机118的相反侧上。第一热交换器112接收包括压缩机118上游的引气的空气流。第一热交换器112用于在空气流进入压缩机118之前降低空气流的操作温度。ACM组件116的压缩机118从第一热交换器112接收该空气流。离开压缩机118的经压缩的空气流流动通过第二热交换器150。例如，第二热交换器150沿着压缩机118和分流器134之间的流动路径设置。第二热交换器150用于在经压缩的空气流到达分流器134并分流成第一部分和第二部分之前降低经压缩的空气流的操作温度。
空气调节包145的壳体142包括引气入口端口114，引气入口端口114经由引气入口管道174与第一热交换器112流动连通。引气入口管道174连接到从所述一个或更多个引气源113延伸的引气管道154、156(在图2中示出)(或引气管道154、156的延伸部)。来自所述一个或更多个引气源113的引气通过引气入口端口114被输送到空气调节包145中。壳体142还包括出口端口140，混合空气流通过出口端口140离开空气调节包145。混合空气流与离开ACM组件116的涡轮120的空气混合。产生的空气流通过出口端口140排出并且通过供气管道161流到飞机10的内部空间26(在图2中示出)。
空气调节流动回路170经由第一冲压空气入口管道178和第二冲压空气入口管道179接收冲压空气，第一冲压空气入口管道178和第二冲压空气入口管道179延伸穿过壳体142中的冲压空气入口端口124。第一冲压空气入口管道178流体地连接到CAC组件126的第一机舱空气压缩机128，并且第二冲压空气入口管道179流体地连接到CAC组件126的第二机舱空气压缩机129。流动通过第一冲压空气入口管道178和第二冲压空气入口管道179的冲压空气分别被CAC组件126的机舱空气压缩机128、129压缩以产生经压缩的冲压空气。例如，第一冲压空气入口管道178中的第一冲压空气流可以被第一机舱空气压缩机128压缩，并且第二冲压空气入口管道179中的不同的第二冲压空气流可以被第二机舱空气压缩机129压缩。离开CAC组件126的经压缩的冲压空气可以由机舱空气压缩机128、129中的一者或两者产生。
流动通过第三冲压空气入口管道180的空气流被输送通过冲压空气散热器回路144，并在第一和第二热交换器112、150处从空气调节流动回路170内的空气中吸收热量。冲压空气散热器回路144可包括风扇206，风扇206驱动空气流动通过冲压空气散热器回路144，以确保空气流的流率/流速(flowrate)足以消散指定量的来自空气调节流动回路170的热量。风扇206由马达208驱动。在流动通过热交换器112、150后，冲压空气散热器回路144内的空气流通过壳体142中的散热器出口168从空气调节包145排出。排出的空气流在通过排气端口164(图2)从飞机10排出之前流动通过排气管道166(在图2中示出)。
空气调节包145还包括冷凝器194和水提取器196，它们沿着空气调节流动回路170分别设置在ACM组件116的压缩机118与ACM组件116和CAC组件126的涡轮120、130之间。更具体地，冷凝器194和水提取器196串联设置在第二热交换器150和分流器134之间。水提取器196可以是被配置为从经压缩的空气流中去除水分的高压水分离器。从经压缩的空气流中提取的水被输送通过水管210并被再次注入第二热交换器150上游的冲压空气散热器回路144，以为系统提供额外的散热。
图4是冷却系统115的示意图，其示出了处于第一地面配置的空气调节包145。如上所述，可通过控制回路146分别控制沿着空气调节流动回路170的阀门172的状态或位置，将空气调节包145配置成处于各种配置。控制回路146通过沿有线路径或经由无线通信链路将电气控制信号传送到阀门172来控制阀门172的状态。空气调节包145可以被配置成处于多种不同的地面配置。在至少一个实施例中，控制回路146被配置为响应于飞机10在地面上而选择或保持空气调节包145处于地面配置之一。
当控制回路146关闭机舱空气压缩机阀门172B、热旁通阀门172C和冷凝器旁通阀门172D时，空气调节包145实现第一地面配置。机舱空气压缩机阀门172B沿着第二冲压空气入口管道179设置，并且关闭机舱空气压缩机阀门172B阻止冲压空气流动到CAC组件126的第二机舱空气压缩机129。结果，第二机舱空气压缩机129在处于第一地面配置时不接收冲压空气而且不产生经压缩的冲压空气。热旁通阀门172C沿着热旁通管道188设置，该热旁通管道188设置在CAC组件126的机舱空气压缩机128、129的下游以及第一混合管道138A和第一热交换器112的上游。关闭热旁通阀门172C确保来自CAC组件126的所有经压缩的冲压空气被引导至第一混合管道138A。
冷凝器旁通阀门172D沿着冷凝器旁通管道190设置，冷凝器旁通管道190设置在压缩机118和第二热交换器150的下游并且在冷凝器194、水提取器196和分流器134的上游。关闭冷凝器旁通阀门172D确保来自压缩机118和第二热交换器150的所有经压缩的空气流在到达分流器134之前流动通过冷凝器194和水提取器196。在所示实施例中沿着空气调节流动回路170设置的其他阀门172在第一地面配置中被设定或保持在打开位置，以允许空气沿着下面描述的流动路径从其中流动通过。如图4-图6所示，实心流动线表示流体从其中流动通过的流动线，并且虚线流动线表示没有流体从其中流动通过的流动线。在图4中，因为机舱空气压缩机阀门172B、热旁通阀门172C和冷凝器旁通阀门172D关闭，所以没有流体流动通过第二冲压空气入口管道179、热旁通管道188或冷凝器旁通管道190，这些管道以虚线示出。
当空气调节包145处于第一地面配置时，空气调节包145从辅助动力单元152(在图2中示出)接收引气。CAC组件126的第一机舱空气压缩机128通过第一冲压空气入口管道178接收冲压空气，以产生经压缩的冲压空气。第二机舱空气压缩机129不接收冲压空气，因此仅第一机舱空气压缩机128产生经压缩的冲压空气。在一个实施例中，CAC组件126可以将冲压空气压缩成与从辅助动力单元152接收的引气的压力在引气压力的指定范围内(例如，在引气压力的1％、5％或10％内)基本相同。来自第一机舱空气压缩机128的经压缩的冲压空气被引导至第一混合管道138A。在第一混合管道138A中，经压缩的冲压空气与包含从辅助动力单元152供应的引气的空气流混合以限定混合空气流。
混合空气流从混合管道138A流动通过第一热交换器112，在第一热交换器112中来自混合空气流的热量被传递到冲压空气散热器回路144内的空气流以冷却混合空气流。随后，混合空气流被ACM组件116的压缩机118压缩，以限定经压缩的空气流。压缩把空气加热，因此离开压缩机118的经压缩的空气流被引导通过第二热交换器150以冷却经压缩的空气流。
经压缩的空气流从第二热交换器150被引导通过冷凝器194，随后通过水提取器196。冷凝器194为经压缩的空气流提供额外冷却，以确保进入水提取器196的经压缩的空气流的操作温度足够冷却，以在进入水提取器196之前将空气中的一些水冷凝成液体。从水提取器196中的经压缩的空气流中提取的水被引导通过水管210并注入到冲压空气散热器回路144中，以提高冲压空气散热器回路144内的空气流的冷却效果。
在离开水提取器196之后，经压缩的空气流在分流器134处被分流成第一部分和第二部分。第一部分通过ACM组件116的涡轮120膨胀以为压缩机118提供动力。例如，流动通过涡轮120的转子叶片和翼片的经压缩的空气流的能量经由轴122驱动压缩机118的旋转，并在该过程中冷却经压缩的空气流。经压缩的空气流的第二部分被引导至CAC组件126并且通过涡轮130膨胀以为第一机舱空气压缩机128提供动力。因此，为处于第一地面配置的混合空气流的经压缩的空气流用于同时为ACM组件116的压缩机118和CAC组件126的第一机舱空气压缩机128提供动力。
经压缩的空气流的第一部分和第二部分在相应的涡轮120、130内冷却。在所示实施例中，离开涡轮130的经压缩的空气流的第二部分被引导通过冷凝器194并从位于分流器134和水提取器196上游的经压缩的空气流中吸收热量。因此，经压缩的空气流的第二部分在冷凝器194内被加热。经压缩的空气流的第一部分和第二部分在离开相应的涡轮120、130之后会聚。在所示实施例中，第二部分与第一部分在混合管道192处会聚，混合管道192位于空气调节包145的冷凝器194和出口端口140之间。空气调节包145被配置为调节混合空气流至指定的温度、压力和湿度。在非限制性示例中，沿着供气管道161排放的混合空气流可具有低于32华氏度(℉)(0摄氏度(℃))的温度，例如0℉与20℉(-17.8℃与-6.7℃)之间的温度。
在第一地面配置中，风扇206由马达208驱动，从而以期望的流率推动空气流通过冲压空气散热器回路144，以在热交换器112、150处从空气调节流动回路170内的空气提供期望的散热量。除了为控制回路146提供动力的电能和用于产生供应到空气调节包145的引气的能量之外，马达208的操作可选地可以表示空气调节包145的唯一动力要求。
图5是冷却系统115的示意图，其示出了处于第二地面配置的空气调节包145。第一和第二地面配置之间的区别在于，热旁通阀门172C在图5所示的第二地面配置中至少部分地打开，而不是如在第一地面配置中那样完全关闭。控制回路146部分地打开热旁通阀门172C，以允许离开CAC组件126的第一机舱空气压缩机128的一些经压缩的冲压空气流动通过热旁通管道188，从而绕过第一混合管道138A、两个热交换器112、150和ACM组件116。经压缩的冲压空气的不流动通过热旁通管道188的第一部分遵循参照图4所示的第一地面配置描述的流动路径。例如，经压缩的冲压空气的第一部分与空气流在第一混合管道138A中混合，以限定混合空气流的至少一部分。
经压缩的冲压空气的流动通过热旁通管道188的第二部分不会被ACM组件116压缩，并且也不会被引导至涡轮120、130中的任何一个。而是，经压缩的冲压空气的第二部分与经压缩的空气流的离开CAC组件126的涡轮130的第二部分在第二混合管道138B内混合，以限定混合空气流。在一个实施例中，经压缩的冲压空气的被引导至第一混合管道138A的第一部分具有比经压缩的冲压空气的被引导通过热旁通管道188的第二部分更大的质量流率。因此，来自CAC组件126的经压缩的冲压空气中的大部分被引导至第一混合管道138A而不是通过热旁通管道188。在非限制性示例中，第一部分的质量流率可以是被引导通过热旁通管道188的第二部分的质量流率的至少八倍。
控制回路146可以部分地打开热旁通阀门172C，以便升高离开空气调节包145的混合空气流的温度(相对于不引导任何经压缩的冲压空气通过热旁通管道188而言)。例如，经压缩的冲压空气的从第一机舱空气压缩机128离开的第二部分处于比经压缩的空气流的离开CAC组件126的涡轮130的第二部分更高的温度，因此，被引导通过热旁通管道188到达第二混合管道138B的经压缩的冲压空气提高了混合空气流的温度。混合空气流随后流动通过冷凝器194。
在至少一个实施例中，控制回路146可以被配置为响应于一个或更多个指定的条件或情况(例如，当飞机10在地面上时飞机10外部的周围环境的测量的温度)在第一和第二地面配置之间切换。例如，如果周围环境的温度低于指定的阈值温度，则控制回路146可以选择第二地面配置。或者，如果环境温度等于或高于指定温度，则控制回路146可以选择图4中所示的第一地面配置。阈值温度可以特定于不同的飞机型号、经调节的空气要求、部件能力和/或操作员偏好。可用作阈值温度的温度的非限制性示例包括60℉(15.5℃)、70℉(21.1℃)、80℉(26.7℃)和90℉(32.2℃)。例如，如果阈值温度被指定为80℉(26.7℃)，则控制回路146被配置为当环境温度等于或高于80℉(26.7℃)时选择第一地面配置，并且被配置为当环境温度低于80℉(26.7℃)时选择第二地面配置。可能影响是采用第一地面配置还是第二地面配置的另一个条件或情况是被用于为飞机10提供冷却的空气调节包145的数量。例如，即使环境温度低于指定的阈值温度，如果使用两个或更多个空气调节包145，则控制回路146可以被配置为选择图4中所示的第一地面配置。
图6是冷却系统115的示意图，其示出了处于巡航飞行配置的空气调节包145。当飞机10在巡航高度飞行时，空气调节包145可以被配置成处于巡航飞行配置。当控制回路146将机舱空气压缩机阀门172B、热旁通阀门172C和冷凝器旁通阀门172D设定在打开位置并将第一主阀门172E和第二主阀门172F设定在关闭位置时，空气调节包145实现巡航飞行配置。第一主阀门172E设置在热旁通管道188和第一混合管道138A之间。通过打开热旁通阀门172C并关闭第一主阀门172E，来自CAC组件126的所有经压缩的冲压空气可以被引导通过热旁通管道188到达第二混合管道138B。因此，经压缩的冲压空气完全绕过ACM组件116，并且只有带有引气的空气流被ACM组件116的压缩机118压缩。此外，因为经压缩的冲压空气绕过ACM组件116，经压缩的空气流仅由引气组成。另外，只有引气表示经压缩的空气流，其被分成两股流并分别被引导至涡轮120、130以用于为ACM组件116和CAC组件126提供动力。经压缩的冲压空气还绕过热交换器112、150。经压缩的冲压空气不与经压缩的空气流的引气混合以产生混合空气流，直到经压缩的空气流的第二部分离开CAC组件126的涡轮130并流入第二混合管道138B。
通过打开机舱空气压缩机阀门172B，CAC组件126的第二机舱空气压缩机129通过第二冲压空气入口管道179接收冲压空气。结果，CAC组件126的两个机舱空气压缩机128、129用于产生经压缩的冲压空气。涡轮130中的经压缩的引气的膨胀为机舱空气压缩机128、129二者提供动力。两个机舱空气压缩机128、129的使用可以增加由CAC组件126产生的经压缩的冲压空气的量(例如，质量流率或体积流率等)。来自第一机舱空气压缩机128和第二机舱空气压缩机129的经压缩的冲压空气在管道171中混合并被引导通过热旁通管道188。
第二主阀门172F设置在冷凝器旁通管道190和冷凝器194之间。通过打开冷凝器旁通阀门172D并关闭第二主阀门172F，来自压缩机118的全部经压缩的空气流被引导通过冷凝器旁通管道190到达分流器134。离开第二热交换器150的经压缩的空气流绕过冷凝器194和水提取器196。例如，在高海拔处不必要除去水分，因此控制回路146可以绕过在冷凝器194和水提取器196周围的经压缩的空气流，以提高空气循环效率。
当空气调节包145处于巡航飞行配置时，空气调节包145从一个或更多个主发动机14(在图1中示出)接收引气入口管道174中的引气。当处于巡航飞行配置时，空气调节包145不从辅助动力单元152接收引气。在一个实施例中，CAC组件126可以将冲压空气压缩成与客舱28和驾驶舱30(均在图2中示出)内的机舱空气压力基本相同。例如，机舱空气压缩机128、129可以压缩两种不同的冲压空气流，使得经压缩的冲压空气的压力可以在机舱空气压力的指定范围内(例如，在机舱空气压力的1％、5％或10％内)。
可选地，当飞机10在飞行中时，为冲压空气散热器回路144中的风扇206提供动力的马达208可以被控制回路146关闭。冲压空气通过冲压空气散热器回路144的流率可足以提供所需的热吸收，因此节省了用于为马达208提供动力的能量。
尽管本文中仅示出了一种巡航飞行配置，但是应当理解，空气调节包145可以基于某些情况或条件(例如环境温度、海拔高度、所使用的空气调节包145的数量和/或类似的情况或条件)被配置成处于多种不同的巡航飞行配置。
图7是根据本公开的一个实施例的用于调节交通工具中使用的空气的方法300的流程图。可以根据本文参考图1-图6所述的实施例来执行方法300。例如，方法300可用于调节空气，该空气用于对图1中所示的交通工具10中的至少一个隔间或空间的空气进行温度调节、通风和/或加压。交通工具10在本文中被描述为飞机(并且被称为飞机10)，但不限于飞机。方法300可以用在其他类型的运输交通工具上，例如轨道交通工具、公共汽车、海上航行器等。方法300可以全部或至少部分地由图2中所示的冷却系统115执行，冷却系统115包括空气调节包145和控制回路146。
在步骤302，在压缩机118中压缩包括引气的空气流以产生经压缩的空气流。压缩机118可以是空气循环机(ACM)组件116的部件。在步骤304，降低经压缩的空气流的操作温度。经压缩的空气流可被引导至热交换器150，热交换器150允许来自经压缩的空气流的热量散发到冲压空气散热器回路144内的空气流中。
在步骤306，将经压缩的空气流分流成第一部分和第二部分。例如，离开热交换器150的经压缩的空气流可以被引导到分流器134，分流器134将经压缩的空气流分成两股单独的流。在步骤308，使用经压缩的空气流的第一部分以为空气流的压缩提供动力。例如，第一部分可以被引导至ACM组件116的涡轮120。涡轮120经由轴122机械地联接到压缩机118。经压缩的空气流的第一部分通过涡轮120膨胀，以经由轴122驱动压缩机118的旋转。在步骤310，使用经压缩的空气流的第二部分以产生经压缩的冲压空气。例如，第二部分可以被引导至机舱空气压缩机(CAC)组件126的涡轮130。涡轮130经由轴132机械地联接到第一机舱空气压缩机128和第二机舱空气压缩机129。经压缩的空气流的第二部分通过涡轮130膨胀，以驱动机舱空气压缩机128、129中的一者或二者的旋转。在机舱空气压缩机128、129中的一者或二者处接收的冲压空气被加压以产生经压缩的冲压空气。
在步骤312，确定交通工具(例如，飞机10)是否处于地面操作模式。例如，控制回路146可以从测量装置接收输入信号，该输入信号指示飞机10是在地面上还是在飞行中。如果飞机10在地面上，则流程进行到步骤314。在步骤314，确定飞机10外部的环境温度是否等于或高于指定的阈值温度。例如，控制回路146可以从温度传感器接收输入，并且可以将测量的温度与记录的温度阈值进行比较，以确定环境温度是否等于或高于指定的阈值。如果环境温度等于或高于指定的温度阈值，则方法300的流程进行到步骤316。
在步骤316，在空气流到达压缩机118之前将经压缩的冲压空气与包括引气的空气流混合，并且混合物限定或产生混合空气流。例如，控制回路146可以在步骤316通过控制各种阀门172的位置或状态将空气调节包145设定处于第一地面配置。在第一地面配置中，经压缩的冲压空气被引导至位于压缩机118上游的第一混合管道138A，并与第一混合管道138A中的空气流混合。然后在步骤302，在ACM组件116的压缩机118内压缩包括冲压空气和引气二者的混合空气流，以产生经压缩的空气流。
如果步骤314的环境温度低于指定的温度阈值，则流程进行到318。在步骤318，将经压缩的冲压空气与压缩机118上游的空气流和压缩机118下游的经压缩的空气流二者混合，以产生混合空气流。例如，控制回路146可以在步骤318通过改动至少一些阀门172的位置以改变通过空气调节包145的空气的流动路径而将空气调节包145设定处于第二地面配置。在第二地面配置中，经压缩的冲压空气的第一部分被引导至第一混合管道138A以与压缩机118上游的空气流混合，并且经压缩的冲压空气的第二、旁通部分被引导至第二混合管道138B以与压缩机118下游的经压缩的空气流混合。
如果交通工具在312不处于地面模式，使得飞机10处于巡航飞行操作模式，则方法300的流程进行到步骤320。在步骤320，经压缩的冲压空气与压缩机118下游的经压缩的空气流混合以产生混合空气流。例如，控制回路146可以在步骤320将空气调节包145配置成处于巡航飞行配置。在巡航飞行配置中，所有经压缩的冲压空气可以被引导通过热旁通管道188，以在第二混合管道138B中与经压缩的空气流混合。因此，在步骤302，仅可以在压缩机118内压缩引气(不是经压缩的冲压空气)以产生经压缩的空气流，并且在步骤304，可以仅将引气分流成第一部分和第二部分，以用于在步骤308为空气流的压缩提供动力并在步骤310产生经压缩的冲压空气。
步骤322在步骤316、318和320中的每一个之后。在步骤322，将包括引气和经压缩的冲压空气二者的混合空气流与来自ACM组件116的涡轮120的排气混合并用于调节交通工具(例如，飞机10)中的温度。例如，与涡轮120的排气流混合的混合空气流可以通过出口端口140从空气调节包145排放并被供应到客舱28、驾驶舱30和/或飞机10的其他区域，以提供温度控制、通风和/或加压。
尽管未在图7中示出，但是方法300可以包括重新配置通过空气调节包145的流动路径以切换空气调节包145的配置的一个或更多个步骤。重新配置步骤可以由控制回路146执行，控制回路146选择性地打开和关闭某些特定阀门172以控制和设定用于空气调节包145内的经压缩的冲压空气和引气的不同的相应流动路径。重新配置可以响应于飞机10在不同操作模式之间转换(例如，从在地面上时的地面操作模式到飞机10飞行期间的巡航飞行操作模式)或环境温度的变化等而发生。
如本文所述，本公开的实施例提供用于交通工具(诸如飞机)的经调节的空气，其与已知的空气调节系统相比，可以较少地利用从发动机(例如，主发动机和/或辅助动力单元)提取的引气。本文所述实施例还可以提供比已知的空气调节系统更紧凑的空气调节包，这是因为在空气调节包内(可选地，在共同的壳体内)引气与冲压空气混合。本文所述实施例可以通过使用带有或不带有经压缩的冲压空气的引气来开发引气的能量潜力，以同时驱动ACM组件的涡轮和CAC组件的涡轮。
如本文中所使用的，以单数形式且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应理解为不必排除复数个元件或步骤。此外，对“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的另外的实施例的存在。另外，除非有明确相反的说明，否则“包括”或“具有”具有特定性质的一个元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的附加元件。
如本文中所使用的，术语“控制器”、“中央处理单元”、“CPU”或“计算机”等可以包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行本文所述功能的包括硬件、软件或其组合的任何其他电路或处理器的系统。这些仅是示例性的，并因此不旨在以任何方式限制这些术语的定义和/或含义。
如本文中所使用的，“被配置为”执行一任务或操作的结构、限制或元件以对应于该任务或操作的方式在结构上特定地形成、构造或调整。出于清楚和避免疑问的目的，仅能够被修改以执行该任务或操作的对象不“被配置为”执行如本文所使用的任务或操作。
应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的各种实施例的教导。虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在限定本公开的各种实施例的参数，但是实施例决不是限制性的而是示例实施例。在阅读以上描述后，许多其他实施例对于本领域普通技术人员将是显而易见的。因此，本公开的各种实施例的范围应当参考随附的权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。在随附的权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英语等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。另外，以下权利要求的限制不是用装置加功能(means-plus-function)格式写的，并不旨在基于美国法典第35卷第112节第6条(35U.S.C.§112(f))来解释，除非并且直到这些权利要求限制明确使用“用于…的装置”这种短语，其后没有进一步结构的功能表述。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种用于交通工具的冷却系统的空气调节包，所述空气调节包包括：
包括压缩机的空气循环机组件，所述压缩机被配置为接收包括引气的空气流以产生经压缩的空气流，所述空气循环机组件被配置为利用来自所述压缩机的所述经压缩的空气流的第一部分为所述压缩机提供动力；
机舱空气压缩机组件，其被配置为从所述空气循环机组件的所述压缩机接收所述经压缩的空气流的第二部分，并利用所述第二部分来产生经压缩的冲压空气；和
混合管道，其被配置为接收所述经压缩的冲压空气并允许所述经压缩的冲压空气与所述压缩机上游的所述空气流或所述压缩机下游的所述经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生用于冷却所述交通工具的至少一部分的混合空气流。
条款2.根据条款1所述的空气调节包，其中所述机舱空气压缩机组件包括两个机舱空气压缩机和涡轮，所述两个机舱空气压缩机和所述涡轮彼此机械地联接，其中所述两个机舱空气压缩机被配置为接收和压缩不同的冲压空气流以产生所述经压缩的冲压空气。
条款3.根据条款1所述的空气调节包，其中所述机舱空气压缩机组件包括两个机舱空气压缩机和涡轮，所述两个机舱空气压缩机和所述涡轮彼此机械地联接，其中所述涡轮被配置为接收和膨胀所述经压缩的空气流的所述第二部分，以为所述两个机舱空气压缩机中的至少一个提供动力以产生所述经压缩的冲压空气。
条款4.根据条款1所述的空气调节包，其中所述混合管道被设置在所述空气循环机组件的上游，使得所述经压缩的冲压空气与所述空气循环机组件的所述压缩机上游的所述空气流混合以产生所述混合空气流，使得所述混合空气流在所述压缩机处被接收。
条款5.根据条款1所述的空气调节包，其中所述混合管道设置在所述空气循环机组件的所述压缩机的下游，使得所述经压缩的冲压空气与所述经压缩的空气流混合以产生所述混合空气流。
条款6.根据条款1所述的空气调节包，还包括热交换器，所述热交换器被配置为降低包括所述引气的所述空气流的操作温度，所述空气循环机组件的所述压缩机被配置为接收来自所述热交换器的所述空气流。
条款7.根据条款1所述的空气调节包，还包括热交换器和分流器，所述分流器被配置为将所述经压缩的空气流分成所述第一部分和所述第二部分，所述热交换器设置在所述空气循环机组件的所述压缩机和所述分流器之间并且被配置为在到达所述分流器之前降低来自所述空气循环机组件的所述压缩机的所述经压缩的空气流的操作温度。
条款8.根据条款1所述的空气调节包，其中所述空气循环机组件包括所述压缩机和经由轴机械地联接到所述压缩机的涡轮，其中所述涡轮被配置为接收并膨胀所述经压缩的空气流的所述第一部分，以为所述压缩机提供动力以产生所述经压缩的空气流。
条款9.根据条款8所述的空气调节包，还包括分流器，所述分流器被配置为将所述经压缩的空气流分成所述第一部分和所述第二部分，其中所述分流器设置在所述压缩机和所述空气循环机组件的所述涡轮之间，使得所述分流器接收来自所述压缩机的所述经压缩的空气流，并将所述经压缩的空气流的所述第一部分引导至所述空气循环机组件的所述涡轮。
条款10.根据条款1所述的空气调节包，还包括壳体，其中所述机舱空气压缩机组件、所述空气循环机组件和所述混合管道设置在所述壳体内。
条款11.一种用于交通工具的冷却系统，所述冷却系统包括：
空气调节包，其包括：
包括压缩机的空气循环机组件，所述压缩机被配置为接收包括引气的空气流以产生经压缩的空气流，所述空气循环机组件被配置为利用来自所述压缩机的所述经压缩的空气流的第一部分为所述压缩机提供动力；
机舱空气压缩机组件，其被配置为从所述空气循环机组件的所述压缩机接收所述经压缩的空气流的第二部分，所述机舱空气压缩机组件被配置为利用所述第二部分来产生经压缩的冲压空气；和
一个或更多个混合管道，其被配置为接收所述经压缩的冲压空气并允许所述经压缩的冲压空气与所述压缩机上游的所述空气流或所述压缩机下游的所述经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生用于冷却所述交通工具的至少一部分的混合空气流；以及
可操作地连接到所述空气调节包的控制回路，所述控制回路被配置为基于所述交通工具的操作模式和所述交通工具外部的环境温度中的一个或更多个来控制在不同特定配置中通过所述空气调节包的流动路径。
条款12.根据条款11所述的冷却系统，还包括冷凝器和水提取器，所述冷凝器和所述水提取器串联设置在所述空气循环机组件的所述压缩机的下游以及所述空气循环机组件的涡轮的上游，所述涡轮机械地联接到所述压缩机，其中，响应于所述交通工具处于地面操作模式，所述控制回路被配置为引导所述经压缩的空气流通过所述冷凝器和所述水提取器，以从所述经压缩的空气流中去除水分。
条款13.根据条款11所述的冷却系统，其中，响应于所述交通工具处于地面操作模式并且所述环境温度等于或高于指定的阈值温度，所述控制回路被配置为引导所有所述经压缩的冲压空气在所述一个或更多个混合管道中的设置在所述空气循环机组件上游的第一混合管道中与所述空气流混合，其中所述混合空气流在所述空气循环机组件处被接收以产生所述经压缩的空气流。
条款14.根据条款11所述的冷却系统，其中，响应于所述交通工具处于地面操作模式并且所述环境温度低于指定的阈值温度，所述控制回路被配置为引导所述经压缩的冲压空气的第一部分在所述一个或更多个混合管道中的设置在所述空气循环机组件上游的第一混合管道中与所述空气流混合，并引导所述经压缩的冲压空气的与所述第一部分分离的第二部分在所述一个或更多个混合管道中的设置在所述空气循环机组件下游的第二混合管道中与所述经压缩的空气流混合。
条款15.根据条款14所述的冷却系统，其中所述经压缩的冲压空气的所述第一部分具有比所述经压缩的冲压空气的所述第二部分更大的质量流率，使得所述经压缩的冲压空气中的大部分被引导至所述第一混合管道。
条款16.根据条款11所述的冷却系统，其中，响应于所述交通工具处于巡航飞行操作模式，所述控制回路被配置为引导所有所述经压缩的冲压空气在所述一个或更多个混合管道中的设置在所述空气循环机组件下游的混合管道中与所述经压缩的空气流混合。
条款17.根据条款11所述的冷却系统，其中所述机舱空气压缩机组件包括两个机舱空气压缩机和涡轮，所述两个机舱空气压缩机和所述涡轮彼此机械地联接，其中，响应于所述交通工具处于巡航飞行操作模式，所述控制回路被配置为将不同的冲压空气流引导到所述机舱空气压缩机组件的所述两个机舱空气压缩机中的每一个，以产生所述经压缩的冲压空气。
条款18.根据条款11所述的冷却系统，其中所述机舱空气压缩机组件包括两个机舱空气压缩机和涡轮，所述两个机舱空气压缩机和所述涡轮彼此机械地联接，其中，响应于所述交通工具处于地面操作模式，所述控制回路被配置为将冲压空气流仅引导至所述机舱空气压缩机组件的所述两个机舱空气压缩机中的一个，以产生所述经压缩的冲压空气。
条款19.一种用于调节交通工具中使用的空气的方法，所述方法包括：
通过压缩机压缩包括从引气源接收的引气的空气流以产生经压缩的空气流；
使用来自所述压缩机的所述经压缩的空气流的第一部分为所述空气流的压缩提供动力；
使用所述经压缩的空气流的第二部分来产生经压缩的冲压空气；
将所述经压缩的冲压空气与所述压缩机上游的所述空气流或所述压缩机下游的所述经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生混合空气流；以及
利用所述混合空气流来调节所述交通工具中的至少一个隔间的温度。
条款20.根据条款19所述的方法，还包括将来自所述压缩机的所述经压缩的空气流分流成所述第一部分和所述第二部分，并在分流所述经压缩的空气流之前降低所述经压缩的空气流的操作温度。
条款21.根据条款19所述的方法，其中所述空气流的所述压缩和所述经压缩的空气流的所述第一部分的使用通过空气循环机组件进行，所述空气循环机组件包括所述压缩机和经由轴机械地联接到所述压缩机的涡轮，其中所述经压缩的空气流的所述第二部分的使用通过与所述空气循环机组件分离的机舱空气压缩机组件进行。
条款22.根据条款21所述的方法，其中所述机舱空气压缩机组件包括两个机舱空气压缩机和涡轮，所述两个机舱空气压缩机和所述涡轮彼此机械地联接并且相对于彼此同轴定向，其中所述方法包括在所述机舱空气压缩机组件的所述涡轮处接收所述经压缩的空气流的所述第二部分，并使所述经压缩的空气流的所述第二部分通过所述涡轮膨胀，用于为所述两个机舱空气压缩机中的至少一个的旋转提供动力以产生所述经压缩的冲压空气。
条款23.根据条款19所述的方法，其中，响应于所述交通工具处于地面操作模式，所述方法还包括控制一个或更多个阀门以引导所述经压缩的冲压空气中的至少一些在设置在所述压缩机上游的混合管道中与包括所述引气的所述空气流混合。
条款24.根据条款23所述的方法，其中，响应于所述环境温度等于或高于指定的阈值温度，控制所述一个或更多个阀门以引导所有所述经压缩的冲压空气在所述压缩机上游的所述混合管道中与所述空气流混合。
条款25.根据条款19所述的方法，其中，响应于所述交通工具处于巡航飞行操作模式，所述方法还包括控制一个或更多个阀门以引导所述经压缩的冲压空气在设置在所述压缩机下游的混合管道中与所述经压缩的空气流混合。
该书面描述使用示例来公开本公开的各种实施例(包括最佳模式)，并且还使任何本领域技术人员能够实践本公开的各种实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本公开的各种实施例的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于交通工具(10)的冷却系统(115)的空气调节包(145)，所述空气调节包(145)包括：
包括压缩机(118)的空气循环机组件(116)，所述压缩机(118)被配置为接收包括引气的空气流以产生经压缩的空气流，所述空气循环机组件(116)被配置为利用来自所述压缩机(118)的所述经压缩的空气流的第一部分为所述压缩机(118)提供动力；
机舱空气压缩机组件(126)，其被配置为从所述空气循环机组件(116)的所述压缩机(118)接收所述经压缩的空气流的第二部分，并利用所述第二部分来产生经压缩的冲压空气；和
混合管道(138)，其被配置为接收所述经压缩的冲压空气并允许所述经压缩的冲压空气与所述压缩机(118)上游的所述空气流或所述压缩机(118)下游的所述经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生用于冷却所述交通工具(10)的至少一部分的混合空气流。
2.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，其中所述机舱空气压缩机组件(126)包括两个机舱空气压缩机(128、129)和涡轮(130)，所述两个机舱空气压缩机(128、129)和所述涡轮(130)彼此机械地联接，其中所述两个机舱空气压缩机(128、129)被配置为接收和压缩不同的冲压空气流以产生所述经压缩的冲压空气。
3.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，其中所述机舱空气压缩机组件(126)包括两个机舱空气压缩机(128、129)和涡轮(130)，所述两个机舱空气压缩机(128、129)和所述涡轮(130)彼此机械地联接，其中所述涡轮(130)被配置为接收和膨胀所述经压缩的空气流的所述第二部分，以为所述两个机舱空气压缩机(128、129)中的至少一个提供动力以产生所述经压缩的冲压空气。
4.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，其中所述混合管道(138)设置在所述空气循环机组件(116)的上游，使得所述经压缩的冲压空气与所述空气循环机组件(116)的所述压缩机(118)上游的所述空气流混合以产生所述混合空气流，使得所述混合空气流在所述压缩机(118)处被接收。
5.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，其中所述混合管道(138)设置在所述空气循环机组件(116)的所述压缩机(118)的下游，使得所述经压缩的冲压空气与所述经压缩的空气流混合以产生所述混合空气流。
6.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，还包括热交换器(112)，所述热交换器(112)被配置为降低包括所述引气的所述空气流的操作温度，所述空气循环机组件(116)的所述压缩机(118)被配置为接收来自所述热交换器(112)的所述空气流。
7.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，还包括热交换器(112)和分流器(134)，所述分流器(134)被配置为将所述经压缩的空气流分成所述第一部分和所述第二部分，所述热交换器(112)设置在所述空气循环机组件(116)的所述压缩机(118)和所述分流器(134)之间并且被配置为在来自所述空气循环机组件(116)的所述压缩机(118)的所述经压缩的空气流到达所述分流器(134)之前降低所述经压缩的空气流的操作温度。
8.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，其中所述空气循环机组件(116)包括所述压缩机(118)和经由轴机械地联接到所述压缩机(118)的涡轮(130)，其中所述涡轮(130)被配置为接收和膨胀所述经压缩的空气流的所述第一部分，以为所述压缩机(118)提供动力以产生所述经压缩的空气流。
9.根据权利要求8所述的空气调节包(145)，还包括分流器(134)，所述分流器(134)被配置为将所述经压缩的空气流分成所述第一部分和所述第二部分，其中所述分流器(134)设置在所述压缩机(118)和所述空气循环机组件(116)的所述涡轮(130)之间，使得所述分流器(134)接收来自所述压缩机(118)的所述经压缩的空气流，并将所述经压缩的空气流的所述第一部分引导至所述空气循环机组件(116)的所述涡轮(130)。
10.根据权利要求1所述的空气调节包(145)，还包括壳体(142)，其中所述机舱空气压缩机组件(126)、所述空气循环机组件(116)和所述混合管道(138)设置在所述壳体(142)内。
11.一种用于调节交通工具(10)中使用的空气的方法，所述方法包括：
通过压缩机(118)压缩包括从引气源接收的引气的空气流以产生经压缩的空气流；
使用来自所述压缩机(118)的所述经压缩的空气流的第一部分为所述空气流的压缩提供动力；
使用所述经压缩的空气流的第二部分来产生经压缩的冲压空气；
将所述经压缩的冲压空气与所述压缩机(118)上游的所述空气流或所述压缩机(118)下游的所述经压缩的空气流中的一个或更多个混合，以产生混合空气流；以及
利用所述混合空气流来调节所述交通工具(10)中的至少一个隔间的温度。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括将来自所述压缩机(118)的所述经压缩的空气流分流成所述第一部分和所述第二部分，并在分流所述经压缩的空气流之前降低所述经压缩的空气流的操作温度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述空气流的所述压缩和所述经压缩的空气流的所述第一部分的使用通过空气循环机组件(116)进行，所述空气循环机组件(116)包括所述压缩机(118)和经由轴机械地联接到所述压缩机(118)的涡轮(130)，其中所述经压缩的空气流的所述第二部分的使用通过与所述空气循环机组件(116)分离的机舱空气压缩机组件(126)进行。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述机舱空气压缩机组件(126)包括两个机舱空气压缩机(128、129)和涡轮(130)，所述两个机舱空气压缩机(128、129)和所述涡轮(130)彼此机械地联接并且相对于彼此同轴定向，其中所述方法包括在所述机舱空气压缩机组件(126)的所述涡轮(130)处接收所述经压缩的空气流的所述第二部分，并使所述经压缩的空气流的所述第二部分通过所述涡轮(130)膨胀，用于为所述两个机舱空气压缩机(128、129)中的至少一个的旋转提供动力以产生所述经压缩的冲压空气。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，响应于所述交通工具(10)处于地面操作模式，所述方法还包括控制一个或更多个阀门以引导所述经压缩的冲压空气中的至少一些在设置在所述压缩机(118)上游的混合管道(138)中与包括所述引气的所述空气流混合。
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