CN117068375A - 具有燃料电池组件的环境控制系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于飞行器的环境控制系统组件。该组件包括：环境控制系统；燃料电池组件，其与环境控制系统电连通，用于向环境控制系统提供电力；和控制器，其可操作地连接到燃料电池组件，控制器可操作，以基于来自控制器的ECS负载预测模块的负载预测数据，调控由燃料电池组件生成并提供给环境控制系统的电力量。

Description

具有燃料电池组件的环境控制系统

技术领域

本公开涉及飞行器的环境控制系统组件，其包括环境控制系统和燃料电池组件。

背景技术

商用飞行器通常包括环境控制系统或ECS，以将飞行器的舱室内的温度和压力维持在期望范围内。例如，将理解的是，现代商用飞行器被构造成在相对较高的高度巡航，其中环境温度远低于对舱室内的乘客合理的温度，并且进一步地，其中环境压力远低于对舱室内的乘客合理的压力。ECS可以向舱室提供气流，以将舱室温度和舱室压力维持在期望范围内。

向ECS供电可能是麻烦的，特别是对于某些ECS位置。因此，本领域将乐于接受一种用于改进向ECS供电的系统和方法。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的飞行器的俯视图。

图2是根据本公开的示例性实施例的环境控制系统组件的示意图。

图3是图2的示例性环境控制系统组件的燃料电池组件的燃料电池堆的立体图。

图4是图3的示例性燃料电池堆的燃料电池的示意图。

图5是根据本公开的示例性实施例的控制器的示意图。

图6是根据本公开的另一示例性实施例的环境控制系统组件的示意图。

图7是根据本公开的又一示例性实施例的环境控制系统组件的示意图。

图8是根据本公开的示例性方面的操作环境控制系统组件的方法的流程图。

图9是根据本公开的另一示例性实施例的环境控制系统组件的示意图。

图10是根据本公开的另一示例性实施例的环境控制系统组件的控制方案的示意图。

图11是根据本公开的示例性实施例的环境控制系统组件的示意图。

图12是根据本公开的另一示例性方面的操作环境控制系统组件的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。

本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。

除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。

术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。

本公开大体上涉及用于飞行器的环境控制系统组件(“ECS组件”)。ECS组件包括环境控制系统(“ECS”)、舱室气流输送系统、舱室排气输送系统和燃料电池组件。ECS大体上被构造成生成舱室入口气流，并且舱室气流输送系统与ECS气流连通，以接收舱室入口气流并向飞行器的舱室提供这种舱室入口气流，从而在舱室内维持期望的温度和压力。舱室排气输送系统与飞行器的舱室气流连通，用于接收来自舱室的舱室排气气流。

在第一示例性实施例中，舱室排气输送系统进一步与燃料电池组件气流连通，用于向燃料电池组件提供舱室排气气流的至少一部分。燃料电池组件可以被构造成使用舱室排气气流生成电力。

在该第一实施例的至少某些示例性方面中，燃料电池组件可以是包括PEM燃料电池的聚合物交换膜(PEM)燃料电池组件。PEM燃料电池大体上需要在例如60摄氏度和90摄氏度之间的气流。在飞行器处于例如巡航操作的操作期间，将需要显著能量来将环境气流调节到该温度范围内。对提供给PEM燃料电池的气流的压力也存在类似的限制。然而，本公开的发明人发现，通过采用舱室排气气流，几乎不需要气流的预调节，以使用舱室排气气流来发电，从而提供显著的效率益处。

在第二示例性实施例中，ECS组件进一步包括可操作地连接到燃料电池组件的控制器。控制器可以是可操作的，以基于来自控制器的ECS负载预测模块的负载预测数据，调控由燃料电池组件生成并提供给ECS的电力量。ECS负载预测模块可以基于飞行器的乘客数、天气预报数据、历史数据或其组合来确定负载预测数据。特别地，ECS负载预测模块可以基于飞行器的乘客数来确定负载预测数据。本公开的发明人发现了ECS所需的电力量与乘客数之间的强相关性。通过使用这种相关性，可以确定负载预测数据，允许燃料电池组件的控制器提供期望的电力量来操作ECS，例如，不需要外部电力。

现在参考附图，其中同一数字在整个图中指示相同元件，图1提供了可以并入本公开的各种实施例的示例性飞行器10的俯视图。如图1所示，飞行器10限定延伸通过其中的纵向方向L、横向方向T、前端14和后端16。

此外，飞行器10包括从飞行器10的前端14朝向飞行器10的后端16纵向延伸的机身20以及一对机翼22，或者更确切地，第一机翼22A和第二机翼22B。第一机翼22A从机身20的左舷24大体上相对于纵向方向L沿横向方向T从机身20向外延伸。此外，第二机翼22B类似地从机身20的右舷26大体上相对于纵向方向L沿横向方向T从机身20向外延伸。此外，飞行器10进一步包括竖直稳定器32和一对水平稳定器36。机身20附加地包括外表面40并且限定在机身20的外表面40内侧的舱室42(图1中以虚线描绘)。舱室42大体上是指在飞行器10的飞行操作期间，由一名或多名乘客、机组人员或两者占用的区域。机身20、机翼22和稳定器32、36可以一起被称为飞行器10的本体。

然而，应当理解，在本公开的其他示例性实施例中，飞行器10可以附加地或替代地包括例如可以或可以不直接沿竖直方向或水平/横向方向T延伸的稳定器、机翼22等的任何其他合适的构造。

图1的示例性飞行器10还包括推进系统。所描绘的示例性推进系统包括多个飞行器发动机，多个飞行器发动机中的至少一个飞行器发动机被安装到一对机翼22A、22B中的每一个机翼。具体地，多个飞行器发动机包括安装到第一机翼22A的第一飞行器发动机44和安装到第二机翼22B的第二飞行器发动机46。在至少某些示例性实施例中，飞行器发动机44、46可以被构造为以翼下构造悬挂在机翼22A、22B下方的涡轮风扇喷气发动机。

然而，替代地，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的飞行器发动机。例如，在其他示例性实施例中，第一飞行器发动机44和/或第二飞行器发动机46可以替代地被构造为涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。进一步地，在其他示例性实施例中，推进系统可以附加地或替代地包括一个或多个电动或混合电动飞行器发动机(例如，电风扇)。

飞行器10可以进一步包括一个或多个燃料箱48。在至少某些示例性方面中，如图1中以虚线描绘的，飞行器10的一个或多个燃料箱48可以容纳在飞行器10的机翼22A、22B内(为清楚起见，仅在机翼22B中以虚线描绘)。一个或多个燃料箱48可以向飞行器10的推进系统的飞行器发动机44、46提供燃料。

此外，将理解的是，图1的示例性飞行器10进一步包括具有环境控制系统102(或“ECS 102”)的环境控制系统组件100(或“ECS组件100”)。ECS 102大体上可以被构造成接收气流，诸如来自冲压空气入口的环境气流或冲压气流104、来自飞行器发动机44、46之一或两者的引气气流106，或两者兼之。ECS 102进一步被构造成调节这种气流并向舱室42提供这种气流，以帮助对舱室42进行加压并提供对舱室42的热控制，并且可选地，为附件系统(诸如航空电子设备)提供冷却。

值得注意的是，对于所描绘的实施例，ECS组件100大体上位于第一机翼22A和机身20之间的接合部处。然而，在其他示例性实施例中，ECS组件100可以附加地或替代地位于飞行器10内的任何其他合适的位置。例如，在其他示例性实施例中，ECS组件100可以位于第二机翼22B和机身20之间的接合部处，或者替代地，如以虚线描绘的，位于飞行器10的后端16处。

简而言之，将进一步理解的是，飞行器10包括飞行器控制器50。飞行器控制器50可以被可操作地联接到一个或多个外部数据源，用于从这种外部数据源接收与例如特定飞行操作的乘客数(或乘客计数)、飞行操作的天气数据、飞行数据等有关的数据。飞行器控制器50可以包括与下面参考图5描述的ECS组件100的控制器250类似的结构。

现在参考图2，提供了上面参考图1介绍的示例性ECS组件100的示意图。如将理解的是，示例性ECS组件100能够与飞行器10的舱室42一起操作，以例如向舱室42提供冷却空气。

如将理解的是，ECS组件100大体上包括：ECS 102，用于生成舱室入口气流；与ECS102气流连通的舱室气流输送系统108，用于从ECS 102接收舱室入口气流并向舱室42提供舱室入口气流；和与舱室42气流连通的舱室排气输送系统110，用于从舱室42接收舱室排气气流。

ECS 102大体上包括压缩气流源112和空气循环机114(在图2中被虚线包围)。在所示实施例中，压缩气流源112包括初始压缩机116和电动机118，电动机118被驱动地联接到初始压缩机116和空气循环机114。初始压缩机116与ECS入口120气流连通，ECS入口120被构造成接收ECS入口气流，ECS入口气流可以是例如来自冲压空气入口的环境气流(参见例如图1的冲压气流104)。初始压缩机116被构造成压缩从ECS入口120接收到的ECS入口气流，以下简称为ECS气流。压缩ECS气流然后通过第一管道122被提供给空气循环机114。如将理解的是，在某些飞行操作期间，ECS气流可能相对较冷。尽管通过初始压缩机116压缩ECS气流可以增加ECS气流的温度，但是ECS 102进一步包括与第一管道122热连通的第一热交换器124，用于向通过第一管道122的压缩ECS气流添加热量。

简而言之，将理解的是，压缩气流源112可以是任何其他合适的压缩气流源。例如，在其他实施例中，压缩气流源112可以是引气气流源，其被构造为从飞行器的发动机接收引气气流(例如，图1中描绘的引气气流106)。利用这种构造，压缩气流源112可以包括减压器，以减少引气气流的压力，并且可选地，可以包括热交换器，以修改提供给空气循环机114的引气气流的温度，使得其在可接受的温度范围内。以这种方式，压缩气流源112大体上可以被称为气流调节器，因为其可以被构造成向空气循环机114提供在可接受压力(并且可选地，温度)范围内的压缩气流。

仍然参考图2，空气循环机114包括空气循环机压缩机126和空气循环机涡轮128。值得注意的是，对于所示实施例，初始压缩机116、空气循环机压缩机126和空气循环机涡轮128各自被联接到公共ECS轴130，其中ECS轴130能够与电动机118一起旋转，并且更具体地，能够由电动机118旋转地驱动。空气循环机压缩机126与第一管道122气流连通，用于接收压缩ECS气流，并且被构造成进一步压缩ECS气流并通过ECS 102的第二管道132向空气循环机涡轮128提供这种ECS气流。

如将从图2中进一步理解的是，所描绘的示例性ECS 102进一步包括与第二管道132热连通的第二热交换器134，用于向空气循环机压缩机126下游和空气循环机涡轮128上游的ECS气流添加附加热量。

空气循环机涡轮128与第二管道132气流连通，用于接收ECS气流并使ECS气流膨胀，从而降低ECS气流的压力和温度。空气循环机涡轮128与舱室气流输送系统108气流连通，用于向舱室气流输送系统108提供膨胀的ECS气流，作为舱室入口气流。

在所描绘的示例性实施例中，ECS组件100，或者更确切地，舱室气流输送系统108，包括混合器136，并且ECS 102进一步包括空气循环机涡轮旁通管道138，空气循环机涡轮旁通管道138从空气循环机压缩机126延伸到混合器136，绕过空气循环机涡轮128，并且对于所示实施例，绕过第二热交换器134。混合器136被构造成接收来自空气循环机涡轮旁通管道138的气流并将这种气流并入舱室入口气流中。

涡轮旁通阀140与空气循环机涡轮旁通管道138气流连通，用于调控通过其中的气流。如将理解的是，经由调控通过空气循环机涡轮旁通管道138的气流量，可以实现舱室入口气流的温度和压力调整。例如，如将理解的是，通过空气循环机涡轮旁通管道138的气流可以处于比从空气循环机涡轮128提供到舱室气流输送系统108的气流更高的压力和温度。

此外，对于所示实施例，将理解的是，ECS组件100进一步包括再循环气流路径142和再循环风扇144(或再循环压缩机)。再循环气流路径142与舱室42气流连通，用于接收一部分舱室排气气流，并且进一步与混合器136气流连通，用于向混合器136提供这一部分舱室排气气流。再循环风扇144被构造成在这一部分舱室排气气流到达混合器136之前，增加这一部分舱室排气气流的压力。混合器136可以进一步被构造成在舱室气流输送系统108向舱室42提供这种舱室入口气流之前，使这一部分舱室排气气流通过再循环气流路径142并回到舱室入口气流中。

仍然参考图2，将理解的是，ECS组件100进一步包括舱室排气输送系统110和燃料电池组件150。舱室排气输送系统110与飞行器10的舱室42气流连通，用于接收全部或一部分舱室排气气流，并且进一步与燃料电池组件150气流连通，用于从舱室排气输送系统110接收全部或一部分舱室排气气流。

特别地，将理解的是，燃料电池组件150大体上包括燃料输送系统152、空气输送系统、电力输出154和燃料电池堆156。

空气输送系统包括舱室排气输送系统110，舱室排气输送系统110进而包括燃料电池入口管线158和燃料电池出口管线160。燃料电池入口管线158与舱室42和燃料电池堆156流体连通，用于从舱室42接收舱室排气气流并向燃料电池堆156提供这种舱室排气气流。燃料电池出口管线160与燃料电池堆156流体连通，用于从燃料电池堆156接收燃料电池排气气流。

进一步地，对于所示实施例，空气输送系统包括燃料电池旁通管线162，燃料电池旁通管线162将燃料电池入口管线158流体连接到燃料电池出口管线160，绕过燃料电池堆156。燃料电池旁通阀164与燃料电池旁通管线162气流连通，用于调控通过燃料电池旁通管线162的气流量。调控通过燃料电池旁通管线162的气流量可以允许调控燃料电池组件150的一个或多个操作条件，如将在下面更详细地讨论的。

进一步地，将理解的是，对于所描绘的示例性实施例，燃料电池组件150进一步包括与燃料电池入口管线158和燃料电池出口管线160气流连通的湿度调节器166。湿度调节器166可以被构造成从通过燃料电池出口管线160的燃料电池排气气流中提取水，并且向通过燃料电池堆156上游的燃料电池入口管线158的舱室排气气流提供这种水。取决于燃料电池堆156的化学性质，可以期望以阈值湿度水平向燃料电池堆156提供舱室排气气流。

简而言之，将理解的是，来自舱室排气输送系统110的燃料电池出口管线160的气流可以进一步通过连接到ECS 102的公共ECS轴130的涡轮167来被提供。以这种方式，ECS102可以被构造成在将气流泄放到例如周围环境之前，提取这种气流内的剩余能量。

燃料电池组件150的燃料输送系统152大体上包括燃料源168、燃料输送管线170和燃料阀172。燃料源168可以是任何航空燃料或氢。燃料输送管线170从燃料源168延伸到燃料电池堆156，并且燃料阀172与燃料输送管线170流体连通，用于调控通过燃料输送管线170的燃料流的量。调控燃料阀172可以允许调控燃料电池组件150的一个或多个操作条件，如还将在下面更详细地讨论的。

燃料输送系统152进一步包括与燃料电池堆156流体连通的燃料排放管线174，用于接收燃料电池堆156的输出产物。

尽管未描绘，但是燃料电池组件150可以包括例如与燃料输送系统流动连通的一个或多个燃料重整器，用于生成用于燃料电池堆156的富氢气体。

电力输出154被构造成从燃料电池堆156接收电力，并且大体上包括电力控制器176。电力控制器176可以包括例如电力电子设备，以转换或调节从燃料电池堆156接收到的电力。例如，电力控制器176可以包括DC/DC转换器，以将接收到的电力转换成期望的电流、电压或两者。

此外，现在参考图3，提供了作为图2的燃料电池组件150的燃料电池堆156的立体图的示意图。

所描绘的燃料电池堆156包括壳体180，壳体180具有出口侧182和与出口侧182相对的侧184、燃料和空气入口侧186以及与燃料和空气入口侧186相对的侧188、以及侧190、192。侧190、侧188和侧184在图3的立体图中不可见。

如将理解的是，燃料电池堆156可以包括多个燃料电池202，多个燃料电池202例如从燃料电池堆156的一端(例如，燃料和空气入口侧186)并排“堆叠”到燃料电池堆156的另一端(例如，侧188)。因此，将进一步理解的是，出口侧182包括多个出口194，每个出口来自燃料电池堆156的相应燃料电池202。在操作期间，输出产物196从出口194被引导出壳体180。将从下面图4的描述中理解的是，出口194包括分开的燃料出口(其可以与燃料排放管线174(参见图2)流体连通)和空气出口(其可以与舱室排气输送系统110的燃料电池出口管线160(参见图2)流体连通)。

燃料和空气入口侧186包括一个或多个燃料入口198和一个或多个空气入口200。可选地，一个或多个入口198、200可以在壳体180的另一侧上。一个或多个燃料入口198中的每一个燃料入口与燃料输送系统152的燃料输送管线170流体联接。一个或多个空气入口200中的每一个空气入口与空气输送系统的燃料电池入口管线158流体联接。

现在参考图4，提供了图3的燃料电池堆156的燃料电池202的特写示意图。将理解的是，燃料电池是电化学装置，其可以通过燃料(诸如氢)与氧化剂(诸如大气中包含的氧)的电化学反应，将来自燃料的化学能转化为电能。燃料电池系统可以有利地用作能量供应系统，因为当与至少某些现有系统相比时，燃料电池系统可以被认为是环境优越且高效的。作为单个燃料电池，诸如图4中描绘的燃料电池202，可能仅能够生成大约一(1)伏的电力，多个燃料电池可以堆叠在一起，以形成燃料电池堆(诸如图3的燃料电池堆156)，从而生成期望的电压。图4中描绘的示例性燃料电池202和图3的燃料电池堆156中的每个燃料电池202被构造为质子交换膜燃料电池(“PEM燃料电池”)，也称为聚合物电解质膜燃料电池。PEM燃料电池具有确定为在本文描述的条件下良好工作的操作温度范围和操作温度压力。

更具体地，如图4中示意性地描绘的，燃料电池202大体上包括阴极侧204、阳极侧206和电解质层208，电解质层208被定位在阴极侧204和阳极侧206之间。阴极侧204大体上可以包括阴极210，并且阳极侧206大体上可以包括阳极212。

阴极侧204包括阴极入口214和阴极出口216，并且阳极侧206包括阳极入口218和阳极出口220。燃料电池202的阴极侧204，并且更具体地，燃料电池202的阴极侧204的阴极入口214，与舱室排气输送系统110，并且更具体地，图2的舱室排气输送系统110的燃料电池入口管线158流体连通。阴极出口216与舱室排气输送系统110的燃料电池出口管线160流体连通。类似地，燃料电池202的阳极侧206，并且更具体地，燃料电池202的阳极侧206的阳极入口218，与燃料输送系统152的燃料输送管线170流体连通。阳极出口220与燃料输送系统152的燃料排放管线174流体连通。

现在返回参考图2，将理解的是，在ECS组件100的操作期间，ECS组件100可以操作电动机118，以使用初始压缩机116和空气循环机114来压缩和调节ECS气流。ECS组件100可以将ECS气流作为舱室入口气流提供到舱室气流输送系统108，并且通过舱室气流输送系统108提供到飞行器10的舱室42，从而提供飞行器10的舱室42的增压和热管理。

然后，ECS组件100可以将至少一部分舱室排气气流提供到舱室排气输送系统110，并且通过舱室排气输送系统110提供到燃料电池组件150。燃料电池组件150可以使用舱室排气气流，结合从燃料输送系统152提供的燃料流，来生成电力。以这种方式，燃料电池组件150可以与ECS 102集成，以有效地生成电力。更具体地，代替ECS 102将舱室排气气流泄放到周围环境，舱室排气气流可以用于使用燃料电池组件150的有用电力产生。

如上文简要提及的，燃料电池堆156可以包括多个PEM燃料电池，使得燃料电池组件150可以被构造为PEM燃料电池组件。舱室排气气流可以处于使用PEM燃料电池和PEM燃料电池组件(诸如图2中描绘的燃料电池组件150(还关于图3和图4描述))来生成电力特别期望的温度和压力。特别地，舱室排气气流的温度可以在60摄氏度和90摄氏度之间，诸如在70℃和80℃之间。进一步地，舱室排气气流的压力可以在60千帕和100千帕之间，诸如在70千帕和90千帕之间。这些条件对于使用PEM燃料电池生成电力可以是期望的。因此，通过使用这种气流，燃料电池组件150不需要使用过量功率来专门调节用于燃料电池组件150的气流。

进一步地，仍然参考图2，将理解的是，燃料电池组件150可以被构造成生成电力，以维持ECS组件100的ECS 102的操作，而不需要ECS组件100外部的电力源。

特别地，对于所描绘的实施例，如上所述的被构造成驱动ECS组件100的操作的电动机118限定最大功率消耗(maximum power draw)。如本文所用，术语“最大功率消耗”是指在特定部件的所有预期非故障模式和非紧急模式操作期间，特定部件所需的最大电力量。

此外，对于所描绘的实施例，燃料电池组件150限定最大额定功率。如本文所用，术语“最大额定功率”是指在预期操作条件期间，在不会过早磨损或损坏部件的情况下，可以生成的最大电力量。例如，最大额定功率可以指在其内合并有燃料电池组件150的飞行器10的巡航操作期间，燃料电池组件150可以生成的最大电力量。

对于所描绘的示例性实施例，燃料电池组件150的最大额定功率高于电动机118的最大功率消耗。以这种方式，操作ECS 102所需的所有电力都可以从燃料电池组件150提供到ECS 102。这样可以允许ECS组件100位于飞行器10内的远离一个或多个电源的位置，而不需要相对笨重、昂贵且复杂的电通信总线。

将进一步理解的是，在至少某些示例性方面中，取决于燃料电池组件150的最大额定功率比最大功率消耗高多少，燃料电池组件150可以进一步与飞行器10的电力总线222连通，用于向电力总线222提供过剩电力。

仍然参考图2，将理解的是，ECS组件100进一步包括控制器250。控制器250与ECS组件100的各种方面可操作地通信，用于控制ECS组件100的某些操作。例如，ECS组件100可以包括用于感测各种操作条件的一个或多个传感器。例如，在所描绘的实施例中，ECS组件100包括燃料电池传感器253，燃料电池传感器253被构造成感测指示燃料电池组件150(例如燃料电池堆156)的各种操作参数的数据。例如，燃料电池传感器253可以被构造成感测指示燃料电池堆156的温度，去往、通过、来自或围绕燃料电池堆156的一个或多个流的压力，去往、通过、来自或围绕燃料电池堆156的各种流的气体成分等的数据。此外，ECS组件100包括舱室排气气流传感器254，舱室排气气流传感器254被构造成感测指示通过舱室排气输送系统110的舱室排气气流(例如，舱室排气气流的流率、舱室排气气流的压力、舱室排气气流的温度、舱室排气气流的气体成分等)的数据。更进一步地，ECS组件100包括舱室传感器256，用于感测指示舱室42内的环境(例如，舱室42内的温度、舱室42内的气体成分、舱室42内的压力等)的数据。

在所描绘的实施例中，控制器250被可操作地联接到这些传感器252、254、256和ECS组件100的各种其他部件，以控制ECS组件100的各种方面。例如，在所示实施例中，控制器250进一步与燃料电池组件150的电力控制器176、ECS 102的电动机118、涡轮旁通阀140、燃料电池旁通阀164和燃料电池组件150的燃料阀172可操作地通信。

现在参考图5，提供了图2的ECS组件100的示例性控制器250的示意图。如上所述，示例性控制器250被构造成接收来自一个或多个传感器(例如，传感器252、254、256)的感测到的数据，并且例如可以基于从一个或多个传感器接收到的数据，为ECS组件100做出控制决策。

在一个或多个示例性实施例中，图5中描绘的控制器250可以是用于ECS组件100的独立控制器，或者替代地，可以集成到一个或多个其他控制器(诸如用于ECS组件100与其集成的飞行器10的控制器(例如，图1的飞行器控制器50)等)中。

特别参考控制器250的操作，在至少某些实施例中，控制器250可以包括一个或多个计算装置252。计算装置252可以包括一个或多个处理器252A和一个或多个存储器装置252B。一个或多个处理器252A可以包括任何合适的处理装置，诸如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置252B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。

一个或多个存储器装置252B可以存储能够由一个或多个处理器252A访问的信息，包括能够由一个或多个处理器252A执行的计算机可读指令252C。指令252C可以是任何指令集，其在由一个或多个处理器252A执行时，使一个或多个处理器252A进行操作。在一些实施例中，指令252C可以由一个或多个处理器252A执行，以使一个或多个处理器252A进行操作，诸如控制器250和/或计算装置252被构造用于的任何操作和功能，如本文所述的用于操作ECS组件100和/或燃料电池组件150的操作(例如，方法280、方法400)，和/或一个或多个计算装置252的任何其他操作或功能。指令252C可以是用任何合适的编程语言编写的软件或者可以用硬件实施。附加地和/或替代地，指令252C可以在一个或多个处理器252A上的逻辑和/或虚拟分离的线程中执行。一个或多个存储器装置252B还可以存储能够由一个或多个处理器252A访问的数据252D。例如，数据252D可以包括指示功率流的数据、指示发动机/飞行器10操作条件的数据、和/或本文描述的任何其他数据和/或信息。

计算装置252还可以包括网络接口252E，用于例如与ECS组件100的其他部件、合并有ECS组件100的飞行器10等通信。例如，在所描绘的实施例中，如上所述，ECS组件100包括一个或多个传感器，用于感测指示ECS组件100的一个或多个参数的数据。ECS组件100的控制器250通过例如网络接口252E被可操作地联接到一个或多个传感器，使得控制器250可以接收指示在操作期间由一个或多个传感器感测到的各种操作参数的数据。进一步地，对于所示实施例，控制器250例如通过网络接口252E被可操作地联接如上所述的ECS组件100的各种方面。以这种方式，控制器250可以被构造成响应于例如由一个或多个传感器感测到的数据，控制ECS组件100的各种方面。

网络接口252E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器250、天线和/或其他合适部件。

本文讨论的技术参考了基于计算机的系统、由基于计算机的系统采取的动作、发送到基于计算机的系统的信息以及来自基于计算机的系统的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在部件之间和部件之中对任务和功能进行多种可能的构造、组合和划分。例如，本文讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用程序可以在单个系统上实施，也可以分布在多个系统上。分布式部件可以按顺序或并行操作。

然而，将理解的是，图2中描绘的示例性ECS组件100仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，ECS组件100和ECS组件100的各种方面可以以任何其他合适的方式构造。例如，现在参考图6，提供了根据本公开的另一示例性方面的ECS组件100的示意性流动图。图6的示例性ECS组件100可以以与图2的示例性ECS组件100基本相同的方式构造。因此，相同或类似数字可以指相同或类似部分。

如所描绘的，ECS组件100大体上包括ECS 102和燃料电池组件150。ECS 102大体上包括压缩气流源112和空气循环机114。压缩气流源112被构造为初始压缩机116和用于驱动初始压缩机116的电动机118。空气循环机114包括空气循环机压缩机126。在所示实施例中，燃料电池组件150被构造成从飞行器10的舱室42(参见图1)接收通过舱室排气输送系统110的舱室排气气流。

然而，对于所描绘的实施例，燃料电池组件150进一步与ECS 102的压缩机气流连通，并且更具体地，与ECS 102的初始压缩机116和空气循环机压缩机126气流连通。例如，所描绘的ECS组件100包括各自与舱室排气输送系统110的混合器阀262流动连通的初始压缩机排放管道258和空气循环机压缩机排放管道260。值得注意的是，对于所示实施例，ECS组件100进一步包括与初始压缩机排放管道258流体连通的第一排放管道阀264和与空气循环机排放管道260流体连通的第二排放管道阀266。第一排放管道阀264和第二排放管道阀266各自与ECS组件100的控制器250可操作地通信。

这种构造可以允许例如在某些操作条件期间的更大发电、到燃料电池组件150的气流的温度和流量控制等。此外，如果其他防喘振装置(诸如控制在进气口处被机械压缩以穿过压缩机的气流的可变扩散器，控制穿过压缩机的气流的温度的添加热量阀(AHV)等)已经达到或接近其性能极限，则包括初始压缩机排放管道258(和第一排放管道阀264)以及空气循环机压缩机排放管道260(和第二排放管道阀266)之一或两者可以避免或减轻通过初始压缩机116和/或空气循环机114的喘振。

进一步地，在其他示例性实施例中，可以为ECS组件100提供还有的其他构造。例如，现在参考图7，提供了根据本公开的又一示例性方面的ECS组件100的示意性流程图。图7的示例性ECS组件100可以以与图2或6的示例性ECS组件100基本相同的方式构造。因此，相同或类似数字可以指相同或类似部分。

如所描绘的，ECS组件100大体上包括ECS 102和燃料电池组件150。ECS 102大体上包括压缩气流源112和空气循环机114。压缩气流源112被构造为初始压缩机116和电动机118。空气循环机114包括空气循环机压缩机126。在所示实施例中，提供了与ECS 102和舱室42气流连通的舱室气流输送系统108，用于向舱室42提供来自ECS 102的舱室入口气流。进一步地，提供了与舱室42和燃料电池组件150气流连通的舱室排气输送系统110，用于向燃料电池组件150提供来自舱室42的舱室排气气流。燃料电池组件150被构造成通过舱室排气输送系统110从飞行器10的舱室42(参见图1)接收舱室排气气流。

然而，对于图7的示例性实施例，舱室排气输送系统110包括与舱室排气输送系统110和再循环流动路径142气流连通的再循环风扇144。再循环风扇144被构造用于在燃料电池组件150上游的位置处增加通过其中的气流的压力，并且再循环流动路径142从再循环风扇144下游的位置从舱室排气输送系统110延伸。再循环气流路径142从舱室排气输送系统110延伸到舱室气流输送系统108的混合器136。

值得注意的是，利用这种示例性实施例，ECS组件100可以进一步包括从舱室42到周围环境的排气口(未标记)。进一步地，尽管未在图7的示例性实施例中描述，但是ECS组件100可以附加地包括第二舱室排气输送系统(独立于舱室排气输送系统110)，其中分开的燃料电池组件与其气流连通(例如，图2或6的实施例与图7的实施例的组合)。

现在参考图8，提供了操作燃料电池组件的方法280的流程图。方法280可以与上文描述的一个或多个示例性燃料电池组件150(和ECS组件100)一起使用。

该方法包括在(282)处，通过舱室排气输送系统向燃料电池组件提供来自飞行器的舱室的舱室排气气流。

方法282进一步包括在(284)处，使用舱室排气气流，利用燃料电池组件，生成电力。

在至少某些示例性方面中，在(282)处通过舱室排气输送系统向燃料电池组件提供来自飞行器的舱室的舱室排气气流包括在(286)处，在60摄氏度和90摄氏度之间的温度下，并且在60千帕和100千帕之间的压力下，向燃料电池组件提供舱室排气输送系统。

方法282可以进一步合并本文描述的ECS组件100的各种其他方面，并且可以进行本文所述的ECS组件100被构造成进行的各种其他操作。

现在参考图9，提供了根据本公开的另一示例性方面的用于飞行器10的ECS组件100。图9的示例性ECS组件100可以以与上面参考图2描述的示例性ECS组件100类似的方式构造，并且可以并入以与图1的示例性飞行器10类似的方式构造的飞行器10中。

例如，示例性ECS组件100大体上包括ECS 102。ECS 102大体上包括压缩气流源112和空气循环机114。在所示实施例中，压缩气流源112包括初始压缩机116和电动机118，电动机118被驱动联接到初始压缩机116。初始压缩机116被构造成接收ECS入口气流，ECS入口气流可以是冲压气流(参见例如图1的冲压气流104)，并且压缩ECS入口气流。然后，压缩ECS入口气流作为ECS气流被提供给空气循环机114。示意性描绘的空气循环机114可以包括空气循环机压缩机和空气循环机涡轮(未示出，参见例如图2的空气循环机压缩机126和空气循环机涡轮128)。初始压缩机116、空气循环机压缩机和空气循环机涡轮可以各自被联接到公共ECS轴130(参见例如图2)，其中ECS轴130能够与电动机118一起旋转，或者更确切地，能够通过电动机118旋转。初始压缩机116和空气循环机压缩机可以统称为ECS 102的压缩机区段。

值得注意的是，如上面参考图2所讨论的，压缩气流源112可以替代地被构造成接收来自发动机的引气气流。在这种构造中，压缩气流源112(本文中也称为气流调节器)可以包括减压器(例如，膨胀涡轮)，以减少从发动机接收到的引气气流的压力。

此外，对于所描述的实施例，ECS组件100包括与ECS 102气流连通的舱室气流输送系统108，用于接收来自ECS 102的舱室入口气流，并且向飞行器10的舱室42(参见图1)提供这种舱室入口气流。来自飞行器10的舱室42的舱室排气气流的至少一部分可以再循环通过再循环气流路径142，并且被提供回到与舱室气流输送系统108气流连通的混合器。对于所示实施例，再循环风扇144被定位成与再循环气流路径142气流连通，用于增加通过再循环气流路径142的气流的压力。

进一步地，对于所描述的实施例，ECS组件100附加地包括燃料电池组件150。燃料电池组件150与ECS 102电连通，用于向ECS 102提供电力。更具体地，对于所描述的实施例，燃料电池组件150包括燃料电池堆156和电力输出154，电力输出154与燃料电池堆156电连通并且进一步与ECS 102的电动机118电连通。在所描绘的实施例中，燃料电池组件150包括电力控制器176。电力控制器176可以包括例如电力电子设备，以转换或调节从燃料电池堆156接收到的电力。例如，电力控制器176可以包括DC/DC转换器，以将所接收到的电力转换成期望的电流、电压或两者。

进一步地，对于所描述的实施例，燃料电池组件150包括燃料源168，燃料源168被构造成向燃料电池堆156提供燃料流，并且进一步包括燃料排放管线174。

此外，对于所描述的实施例，燃料电池堆156被构造成从ECS 102接收气流。更具体地，ECS组件100进一步包括与飞行器10的舱室42气流连通的舱室排气输送系统110，用于从飞行器10的舱室42接收舱室排气气流。在所描绘的实施例中，燃料电池组件150，并且更具体地，燃料电池组件150的燃料电池堆156，与舱室排气输送系统110气流连通，用于从飞行器10的舱室42接收至少一部分舱室排气气流。在所描绘的实施例中，ECS组件100包括与舱室排气输送系统110气流连通的燃料电池旁通管线162，允许舱室排气气流的至少一部分绕过燃料电池组件150的燃料电池堆156。燃料电池组件150进一步包括与燃料电池旁通管线162气流连通的燃料电池旁通阀164，以例如促进控制到燃料电池组件150的燃料电池堆156的气流。

然而，将理解的是，在本公开的其他示例性实施例中，燃料电池组件150可以以任何其他合适的方式与ECS 102气流连通。例如，如以虚线所描绘的，在其他示例性实施例中，燃料电池组件的燃料电池堆150-1可以与再循环气流路径142气流连通，用于在混合器136的上游，接收来自舱室42的再循环气流。附加地或替代地，在其他示例性实施例中，如还以虚线所描绘的，燃料电池组件的燃料电池堆150-2可以与ECS 102的压缩机区段气流连通，用于接收来自ECS 102的加压气流。此外，在还有的其他示例性实施例中，燃料电池组件的燃料电池堆150-3可以不与ECS 102气流连通，并且如再次以虚线所描绘的，燃料电池组件150可以包括构造成从与ECS 102分离的气流源268接收气流的燃料电池堆。

仍然参考图9，将理解的是，ECS组件100进一步包括可操作地连接到燃料电池组件150的控制器250。更具体地，控制器250可以是可操作的，以修改燃料电池组件150的操作条件。特别地，控制器250可以被可操作地连接到燃料电池组件150的燃料源168来用于控制到燃料电池堆156的燃料流，可以被可操作地连接到燃料电池组件150的空气源来用于控制到燃料电池堆156的气流(例如，在图9的实施例中，控制器250被可操作地连接到燃料电池旁通阀164)，可以被可操作地连接到燃料电池组件150的电力输出154(例如，电力控制器176)来用于控制燃料电池堆156的电力输出(例如，电流输出)等。

如将理解的是，以这种方式，控制器250可以是可操作的，以修改燃料电池组件150的燃料电池温度、燃料电池组件150的电流输出、燃料电池组件150的燃料利用率、燃料电池组件150的空气利用率或其任何组合。

如图9中还描绘的，将理解的是，控制器250可以被构造成从ECS组件100外部的源270接收数据。源270可以是例如其内合并ECS组件100的飞行器10的飞行器控制器50(参见图1)、地面数据源等。

特别地，对于所描绘的实施例，控制器250被可操作地连接到燃料电池组件150，并且更具体地，是可操作的，以基于来自控制器250的ECS负载预测模块的负载预测数据，调控由燃料电池组件150生成并提供给ECS 102(来自燃料电池组件150)的电力量。负载预测数据可以指示ECS 102将需要的预期电负载。以这种方式，控制器250可以允许燃料电池组件150生成并提供ECS 102在未来一段时间内将需要的电力量。这可以减少或消除燃料电池组件150生成的功率与ECS 102以期望方式操作所需的功率之间的滞后。

特别地，现在参考图10，提供了根据本公开的示例性方面的ECS组件100的示意图。图10的ECS组件100可以以与上面参考图9描述的示例性ECS组件100类似的方式构造。例如，如所描绘的，ECS组件100大体上包括ECS 102、燃料电池组件150和控制器250，燃料电池组件150与ECS 102电连通，用于向ECS 102提供电力300，控制器250被可操作地连接到燃料电池组件150，用于向燃料电池组件150提供操作条件命令302。控制器250大体上被构造成接收一个或多个负载预测因素304。此外，对于所描绘的实施例，控制器250可以被构造成接收命令306，诸如来自飞行器控制器50(参见图1)的命令，以响应于飞行器10的操作条件(例如，滑行、起飞、爬升、巡航、下降等)而以规定方式操作。例如，命令306可以是在与飞行器10的操作条件相称的功率水平下操作燃料电池组件150的命令。

控制器250被构造成接收一个或多个负载预测因素304，并且确定负载预测数据。基于负载预测数据，控制器250被构造成向燃料电池组件150发送信号，以控制由燃料电池组件150生成的电力量(操作条件命令302)。燃料电池组件150被构造成根据操作条件命令302操作，并且向ECS 102提供电力300。ECS组件100进一步被构造成将指示ECS 102的操作条件的反馈信号310提供回控制器250。反馈信号310可以由控制器250接收，并且控制器250可以响应于指示ECS 102的实际操作条件的反馈信号310，修改发送到燃料电池组件150的操作条件命令302。特别地，ECS组件100包括ECS传感器312，ECS传感器312被构造成感测作为反馈信号310提供给控制器250的数据。

指示燃料电池组件150的一个或多个操作条件的反馈信号316被提供给控制器250。反馈信号316可以由控制器250接收，并且控制器250可以响应于指示燃料电池组件150的实际操作条件的反馈信号316，修改发送到燃料电池组件150的操作条件命令302。特别地，燃料电池组件150进一步包括燃料电池组件传感器314，燃料电池组件传感器314被构造成感测指示燃料电池组件150的一个或多个操作条件的数据，该数据作为反馈信号316提供给控制器250。

由ECS传感器312感测到的指示ECS 102的操作条件的数据可以包括指示例如ECS102的一个或多个部件的转速、提供给飞行器10的舱室42(参见图1)的气流的温度、提供给飞行器10的舱室42(参见图1)的气流的流率等的数据。

由燃料电池传感器314感测到的指示燃料电池组件150的操作条件的数据可以包括指示例如燃料电池组件150的温度、湿度、流率、压力、电流、电压的数据。

以这种方式，将理解的是，控制器250可以是可操作的，以基于反馈控制方案、前馈控制方案或两者，调控由燃料电池组件150生成并提供给ECS 102的电力量。如本文所用，术语“反馈控制方案”是指倾向于通过比较这些变量的函数并使用差异作为控制手段来维持一个系统变量与另一个系统变量之间的规定关系的系统。此外，如本文所用，术语“前馈控制方案”是指使控制信号从其外部环境中的源通向其外部环境中别处的负载的系统。

更具体地，对于所示实施例，控制器250是可操作的，以基于反馈控制方案，调控由燃料电池组件150生成并提供给ECS 102的电力量。

更特别地，现在参考图11，提供了描绘根据本公开的示例性方面的ECS组件100的控制器250的示意图。控制器250和ECS组件100可以以与上面参考例如图9和10描述的控制器250和ECS组件100中的一个或多个类似的方式构造。

特别地，将理解的是，控制器250大体上包括ECS负载预测模块320。进一步地，控制器250被构造成从一个或多个外部源接收数据，并且被构造成向ECS负载预测模块320提供这种数据，以生成ECS 102的负载预测数据322。ECS 102的负载预测数据322可以包括指示ECS 102的预期电负载的数据，如下面进一步描述的。例如，在所描绘的实施例中，ECS负载预测模块320被构造成接收一个或多个负载预测因素304。

ECS负载预测模块320可以使用负载预测因素304来确定负载预测数据322。特别地，在所描绘的实施例中，ECS负载预测模块320包括负载预测模型324，负载预测模型324可以包括例如一个或多个数据驱动模型(诸如神经网络、模糊逻辑、查找表或其任何组合)等。ECS负载预测模块320可以接收负载预测因素304，并且可以使用负载预测模型324与负载预测因素304来确定ECS 102的负载预测数据322。

一个或多个负载预测因素304可以是例如合并具有控制器250的ECS组件100的飞行器10(参见例如图1)的乘客数。乘客数是指对于当前或后续飞行操作，确定(或估计)在飞行器10(参见图1)上的乘客数。以这种方式，ECS负载预测模块320可以使用飞行器10(参见图1)的乘客数来确定ECS 102的负载预测数据322。如将从上文的描述中理解的是，ECS 102是可操作的，以向飞行器10的舱室42(参见图1)提供气流，从而在飞行器10的飞行操作期间，将飞行器10的舱室42维持在期望压力和温度下。在特定飞行操作期间所需的气流量和所需的舱室42的热控制量的初级驱动器是飞行器10在特定飞行操作期间运载的乘客数。因此，通过接收该信息，ECS负载预测模块320，并且更具体地，ECS负载预测模块320的负载预测模型324，可以是可操作的，以相对准确地确定在飞行操作期间将需要的ECS 102的操作特性，并因此根据确定的飞行操作期间的操作特性，确定支持ECS 102操作所需的电力量。

值得注意的是，负载预测因素304可以进一步包括用于例如飞行器10(参见图1)的飞行操作的天气预报数据。例如，如果环境温度高于或低于基线温度，则这可能会影响飞行操作期间的飞行器10的舱室42所需的热控制量。进一步地，负载预测因素304可以进一步包括历史数据，诸如飞行器10的飞行操作的历史数据。历史数据可以进一步影响由ECS负载预测模块320生成的负载预测数据322。

ECS负载预测模块320被构造成向控制器250的操作条件生成器模块326提供负载预测数据322。操作条件生成器模块326被构造成响应于或基于由ECS负载预测模块320确定的负载预测数据322，确定燃料电池组件150的操作条件命令302(在图11中标记“FC操作条件”)。操作条件命令302从控制器250被提供给燃料电池组件150，使得燃料电池组件150可以以期望方式操作，以生成并向ECS 102提供维持ECS 102的操作所需的电力300，如ECS负载预测模块320所预期的。

值得注意的是，对于所描绘的实施例，控制器250进一步包括目标函数模块328。目标函数模块328可以在以下目标函数330中的一个或多个之间是可操作的：最大效率、最大功率输出、最大部件寿命和最小排放输出。目标函数模块328与操作条件生成器模块326可操作地通信。基于选定的目标函数330，目标函数模块328可以影响由操作条件生成器模块326生成的操作条件命令302的值，以实现选定的目标函数330。

控制器250进一步被构造成接收指示命令306的数据。如图10的实施例所述，命令306可以基于例如飞行器10(参见图1)的操作条件，指示燃料电池组件150的基线电力输出。在这种情况下，来自命令306的数据可以由操作条件生成器模块326接收。附加地或替代地，命令306可以是选择目标函数模块328的目标函数330的命令。在这种情形中，来自命令306的数据可以由目标函数模块328接收。

进一步地，对于所描绘的实施例，控制器250被构造成接收反馈数据332。反馈数据332可以是ECS 102的反馈数据，诸如ECS 102的操作条件(参见例如图10的反馈信号310和ECS传感器312)。更具体地，对于所描绘的实施例，操作条件生成器模块326被构造成接收反馈数据332。反馈数据332可以影响由操作条件生成器模块326生成的操作条件命令302的值。

使用负载预测因素304和例如负载预测模型324，ECS负载预测模块320可以限定至少提前两分钟并且最多提前五小时的预期预测时间。例如，预期预测时间可以是至少提前五分钟并且最多提前一小时。以这种方式，控制器250可以是可操作的，以确保燃料电池组件150以期望方式操作，从而生成并向ECS 102提供维持ECS 102的操作所需的电力300，如ECS负载预测模块320所预期的。

因此，将理解的是，对于图11中所描绘的示例性控制器250，为了调控由燃料电池组件150生成并提供给ECS 102的电力量，控制器250可操作，以通过向燃料电池组件150提供操作条件命令302来修改燃料电池组件150的操作条件。以这种方式，ECS组件100可以能够向ECS 102提供期望电力量，以允许ECS 102以期望输出水平操作，尽管与某些操作条件期间且跨越某些操作条件的ECS 102的功率需求的变化相比，燃料电池组件150的响应滞后。这可以允许ECS组件100仅通过燃料电池组件150被供电，而不需要在飞行器10的操作期间与ECS 102电连通的附加电源。

现在简要地参考图12，提供了操作飞行器的ECS组件的方法400。方法400可以与上面描述的一个或多个示例性ECS组件100一起使用。

方法400包括(402)处，确定ECS组件的ECS的ECS负载预测数据。在(402)处确定ECS的ECS负载预测数据包括在(404)处，从ECS组件外部的源接收数据。在(404)处接收到的数据可以包括飞行操作的乘客数(即，在飞行操作期间，飞行器内的乘客数)。在至少某些示例性方面中，在(402)处确定ECS的ECS负载预测数据包括在(406)处，使用控制器的ECS负载预测模块，确定ECS负载预测数据。

方法400进一步包括在(408)处，控制与ECS电连通的燃料电池组件，以响应于在(402)处确定的ECS负载预测数据，调控由燃料电池组件生成并提供给ECS的电力量。

进一步地，对于所描绘的方法400的示例性方面，方法400进一步包括在(410)处，从燃料电池组件提供ECS在飞行操作期间消耗的所有电力。飞行操作可以包括飞行器飞行的整个飞行包线。替代地，飞行操作可以包括飞行包线的一段，诸如飞行包线的起飞部分、飞行包线的爬升部分、飞行包线的巡航部分、飞行包线的下降部分等。

方法400可以进一步合并本文描述的ECS组件100的各种其他方面，并且可以进行本文描述的ECS组件100被构造成进行的各种其他操作。

进一步方面由以下条项的主题提供：

一种用于飞行器的环境控制系统组件，所述组件包括：环境控制系统；舱室气流输送系统，所述舱室气流输送系统与所述环境控制系统气流连通，用于接收来自所述环境控制系统的舱室入口气流；舱室排气输送系统，所述舱室排气输送系统被构造成当所述环境控制系统组件安装在所述飞行器中时，与所述飞行器的舱室气流连通，用于接收舱室排气气流；和燃料电池组件，所述燃料电池组件与所述舱室排气输送系统气流连通，用于接收所述舱室排气气流。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述低温燃料电池组件是聚合物交换膜燃料电池组件。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述燃料电池组件包括具有阳极和阴极的燃料电池，并且其中所述燃料电池的所述阴极与所述舱室排气输送系统气流连通，用于接收所述舱室排气气流。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述环境控制系统包括气流调节器和空气循环机，并且其中所述环境控制系统组件进一步包括混合器。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述气流调节器被构造成接收环境气流、来自发动机的引气气流或两者。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述环境控制系统进一步包括电动机，所述电动机驱动地联接到所述压缩机和所述空气循环机，其中所述电动机限定最大功率消耗，其中所述燃料电池组件限定最大额定功率，并且其中所述最大额定功率高于所述最大功率消耗。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述燃料电池组件与所述环境控制系统的所述电动机电连通，用于向所述环境控制系统的所述电动机提供电力。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述环境控制系统包括压缩机和空气循环机，并且其中所述环境控制系统组件进一步包括混合器，其中所述混合器与舱室气流输送系统气流连通，其中所述环境控制系统组件进一步包括从所述舱室延伸到所述混合器的再循环气流路径。

根据任何前述条款所述的组件，进一步包括：再循环风扇，所述再循环风扇与所述舱室排气输送系统、所述再循环气流路径或两者气流连通，用于增加通过其中的气流的压力。

一种飞行器，包括：本体，所述本体包括机身和一个或多个机翼，所述机身限定舱室；和环境控制系统组件，所述环境控制系统组件定位在所述飞行器的所述本体内，所述环境控制系统组件包括：环境控制系统；舱室气流输送系统，所述舱室气流输送系统与所述环境控制系统气流连通，用于接收来自所述环境控制系统的舱室入口气流；舱室排气输送系统，所述舱室排气输送系统被构造成与所述飞行器的所述舱室气流连通，用于接收舱室排气气流；和燃料电池组件，所述燃料电池组件与所述舱室排气输送系统气流连通，用于接收所述舱室排气气流。

根据任何前述条款所述的飞行器，其中所述燃料电池组件是聚合物交换膜燃料电池组件。

根据任何前述条款所述的飞行器，其中所述燃料电池组件包括具有阳极和阴极的燃料电池，并且其中所述燃料电池的所述阴极与所述舱室排气输送系统气流连通，用于接收所述舱室排气气流。

根据任何前述条款所述的飞行器，其中所述环境控制系统包括压缩机、空气循环机和电动机，所述电动机驱动地联接到所述压缩机和所述空气循环机。

根据任何前述条款所述的飞行器，其中所述电动机限定最大功率消耗，其中所述燃料电池组件限定最大额定功率，并且其中所述最大额定功率高于所述最大功率消耗。

根据任何前述条款所述的飞行器，其中所述燃料电池组件与所述环境控制系统的所述电动机电连通，用于向所述环境控制系统的所述电动机提供电力。

根据任何前述条款所述的飞行器，其中所述环境控制系统包括压缩机和空气循环机，并且其中所述环境控制系统组件进一步包括混合器，其中所述混合器与所述舱室气流输送系统气流连通，其中所述环境控制系统组件进一步包括从所述舱室延伸到所述混合器的再循环气流路径。

一种操作燃料电池组件的方法，包括：通过舱室排气输送系统向燃料电池组件提供来自飞行器的舱室的舱室排气气流；和使用所述舱室排气气流，利用所述燃料电池组件生成电力。

根据任何前述条款所述的方法，其中通过所述舱室排气输送系统向所述燃料电池组件提供来自所述飞行器的所述舱室的所述舱室排气气流包括在60摄氏度和90摄氏度之间的温度下，并且在60千帕和100千帕之间的压力下，向所述燃料电池组件提供所述舱室排气输送系统。

根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：向所述飞行器的环境控制系统提供生成的所述电力的至少一部分。

根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：从所述燃料电池组件提供环境控制系统在所述飞行器的飞行操作期间所消耗的所有电力。

一种用于飞行器的环境控制系统组件，所述组件包括：环境控制系统；燃料电池组件，所述燃料电池组件与所述环境控制系统电连通，用于向所述环境控制系统提供电力；和控制器，所述控制器可操作地连接到所述燃料电池组件，所述控制器能够操作，以基于来自所述控制器的ECS负载预测模块的负载预测数据，调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的电力量。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述ECS负载预测模块基于所述飞行器的乘客数、天气预报数据、历史数据或其组合，确定所述负载预测数据。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述ECS负载预测模块基于所述飞行器的乘客数，确定所述负载预测数据。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述ECS负载预测模块限定至少提前五分钟并且最多提前一小时的预期预测时间。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述ECS负载预测模块包括负载预测模型。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述环境控制系统与所述飞行器的舱室气流连通，并且其中所述燃料电池组件与所述飞行器的所述舱室气流连通，用于接收来自所述舱室的舱室排气气流。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述环境控制系统包括压缩机区段，并且其中所述燃料电池组件与所述环境控制系统的所述压缩机区段气流连通，用于接收来自所述环境控制系统的加压气流。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述控制器进一步包括目标函数模块，并且其中所述控制器能够操作，以至少部分地基于所述目标函数模块，调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的所述电力量。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述目标函数模块在一个或多个目标函数之间能够操作，所述一个或多个目标函数选自以下目标函数：最大效率、最大功率输出、最大部件寿命和最小排放输出。

根据任何前述条款所述的组件，其中为了调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的所述电力量，所述控制器能够操作，以修改所述燃料电池组件的操作条件。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述操作条件包括燃料电池温度、电流输出、燃料利用率、空气利用率或其组合。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述控制器能够操作，以基于反馈控制方案和前馈控制方案，调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的所述电力量。

一种操作飞行器的环境控制系统组件的方法，所述方法包括：确定用于所述环境控制系统组件的环境控制系统的ECS负载预测数据；和控制与所述环境控制系统电连通的燃料电池组件，以响应于确定的所述ECS负载预测数据，调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的电力量。

根据任何前述条款所述的方法，其中确定用于所述环境控制系统的所述ECS负载预测数据包括从所述环境控制系统组件外部的源接收数据。

根据任何前述条款所述的方法，其中确定用于所述环境控制系统的所述ECS负载预测数据包括接收指示所述飞行器的飞行操作的乘客数的数据。

根据任何前述条款所述的方法，其中确定用于所述环境控制系统的所述ECS负载预测数据包括利用ECS负载预测模块，确定用于所述环境控制系统的所述ECS负载预测数据。

根据任何前述条款所述的方法，其中利用所述ECS负载预测模块确定用于所述环境控制系统的所述ECS负载预测数据包括使用负载预测因素，利用所述ECS负载预测模块的负载预测模型，确定用于所述环境控制系统的所述ECS负载预测数据。

根据任何前述条款所述的方法，其中确定用于所述环境控制系统组件的所述环境控制系统的ECS负载预测数据包括基于所述飞行器的乘客数、天气预报数据、历史数据或其组合，确定所述ECS负载预测数据。

根据任何前述条款所述的方法，其中确定用于所述环境控制系统组件的所述环境控制系统的ECS负载预测数据包括基于所述飞行器的乘客数，确定所述ECS负载预测数据。

根据任何前述条款所述的方法，其中所述环境控制系统与所述飞行器的舱室气流连通，并且其中所述燃料电池组件与所述环境控制系统、所述飞行器的所述舱室或两者气流连通。

根据任何前述条款所述的组件，其中所述燃料电池组件包括与所述环境控制系统的压缩机直接气流连通的燃料电池。

该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的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。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的环境控制系统组件，其特征在于，所述组件包括：

环境控制系统；

燃料电池组件，所述燃料电池组件与所述环境控制系统电连通，用于向所述环境控制系统提供电力；和

控制器，所述控制器可操作地连接到所述燃料电池组件，所述控制器能够操作，以基于来自所述控制器的ECS负载预测模块的负载预测数据，调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的电力量。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述ECS负载预测模块基于所述飞行器的乘客数、天气预报数据、历史数据或其组合，确定所述负载预测数据。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述ECS负载预测模块基于所述飞行器的乘客数，确定所述负载预测数据。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述ECS负载预测模块限定至少提前五分钟并且最多提前一小时的预期预测时间。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述ECS负载预测模块包括负载预测模型。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述环境控制系统与所述飞行器的舱室气流连通，并且其中所述燃料电池组件与所述飞行器的所述舱室气流连通，用于接收来自所述舱室的舱室排气气流。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述环境控制系统包括压缩机区段，并且其中所述燃料电池组件与所述环境控制系统的所述压缩机区段气流连通，用于接收来自所述环境控制系统的加压气流。

8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述控制器进一步包括目标函数模块，并且其中所述控制器能够操作，以至少部分地基于所述目标函数模块，调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的所述电力量。

9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，其中所述目标函数模块在一个或多个目标函数之间能够操作，所述一个或多个目标函数选自以下目标函数：最大效率、最大功率输出、最大部件寿命和最小排放输出。

10.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中所述控制器能够操作，以修改所述燃料电池组件的操作条件，从而调控由所述燃料电池组件生成并提供给所述环境控制系统的所述电力量。