具有电驱动环境空气压缩机的飞机空调系统及其操作方法与流程

本发明涉及一种具有电驱动环境空气压缩机的飞机空调系统和用于操作这种飞机空调系统的方法。

背景技术：

在商业飞机中，诸如例如在de102008053320b4和us8,333,078,b2中或者ep2651763a2和us2013/269327a1中描述的所谓基于空气的空调系统目前通常被用于飞机客舱的空气调节。飞机空调系统被用于在飞机客舱中设置和维持期望的压力、期望的温度和期望的空气湿度。另外，飞机空调系统向飞机客舱供应足够的新鲜空气以确保规定的最小量的新鲜空气存在于飞机客舱中。最后，飞机空调系统确保飞机客舱被保持在期望的压力，在飞机的飞行模式中与飞机的飞行高度处的环境压力相比其被提高。

基于空气的飞机空调系统通常包括空调单元，压缩处理空气通过飞机的发动机、分离的压缩机或者辅助动力单元(apu)被供应至空调单元。在飞机的飞行模式中，发动机引气主要地被用于为飞机空调系统的空调单元提供压缩处理空气。另一方面，在飞机的地面运行中，飞机空调系统的空调单元通常地被供应以来自辅助动力单元或飞机外部空气产生单元的压缩处理空气。在空调单元中，处理空气在流动通过至少一个热交换器以及多个压缩和膨胀单元时被冷却和膨胀。离开空调单元的冷却处理空气最后被引导至混合腔中并且在那里与从将被空气调节的飞机区域去除的再循环空气混合。来自混合腔的混合空气经由对应的混合空气管线被引导至将被空气调节的飞机区域中，其能够为乘客客舱、驾驶员座舱、货舱、成员休息室或类似的形式，并且被划分为几个气候区。

de102010034830a1和wo2012/022758a1描述了一种飞机空调系统，其中取自飞机发动机的压缩处理空气通过向流动通过冷却回路的冷却剂的热量传递而被冷却。用于在压缩处理空气被供应至飞机客舱之前将其膨胀的涡轮机被用于驱动布置在冷却回路中的压缩机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种飞机空调系统，使其能为装配有该飞机空调系统的飞机的将被空气调节的飞机区域以特别能量有效的方式提供空气调节后的环境空气。本发明的目的还在于提出一种操作这种飞机空调系统的方法。

此目的通过具有权利要求1的特征的飞机空调系统和具有权利要求10的特征的用于操作飞机空调系统的方法实现。

一种飞机空调系统包括适于供环境空气流动通过的环境空气供应管线。该环境空气供应管线具有被连接至环境空气入口的第一端和被连接至该飞机空调系统的混合腔的第二端。该环境空气入口例如可被设计为斗式入口的形式，并且包括提供在装配有该飞机空调系统的飞机的外蒙皮中的开口，该开口将该环境空气供应管线直接连接至环境大气。但是，也可想到将该环境空气供应管线的第一端连接至冲压空气管道，从而将流动通过该冲压空气管道的冲压空气引导至该环境空气供应管线中。

该飞机空调系统进一步包括第一环境空气压缩机，其被布置在该环境空气供应管线中并且被配置为压缩流动通过该环境空气供应管线的环境空气。特别地，该第一环境空气压缩机被配置为将流动通过该环境空气供应管线的环境空气压缩至提高的压力，从而使其可能在进一步处理以后将环境空气引导至该飞机空调系统的该混合腔中，在该混合腔中环境空气能够与从将被空气调节的飞机区域、例如飞机客舱去除的再循环空气混合。在该混合腔中产生的混合空气优选地被用于空气调节将被空气调节的飞机区域。

电机被配置为驱动该第一环境空气压缩机。该电机可被设计为电驱动空气循环机的形式，其可包括两级涡轮机和/或可变喷射装置以覆盖该电机的整个需要的运行范围。该电机的其他配置也是可想到的。唯一必要的是该第一环境空气压缩机唯一地由电能驱动。由此，驱动该第一环境空气压缩机的从该飞机的发动机的引气的抽取能够被消除。该发动机的燃料消耗能够因此而被降低。该飞机空调系统因此能够被特别能量有效地运行。

该飞机空调系统进一步包括第一环境空气分支管线，其从该第一环境空气压缩机上游的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线，即其“旁通”该第一环境空气压缩机。术语“上游”和“下游”这里是指该环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。在该第一环境空气分支管线中布置有第二环境空气压缩机，其被配置为压缩流动通过该第一环境空气分支管线的环境空气。该第二环境空气压缩机优选地被配置为将流动通过该第一环境空气分支管线的环境空气压缩至提高的压力，从而使其能将环境空气在进一步处理以后引导至该飞机空调系统的该混和腔中。

该飞机空调系统的客舱废气管线适于供客舱废气流动通过，并且具有第一端，其可被连接至将被空气调节的飞机区域，特别是飞机客舱。客舱废气控制阀可被布置在客舱废气管线中，该阀可被配置为控制通过该客舱废气管线的客舱废气流。在该客舱废气管线中布置有客舱废气涡轮机，其适于由流动通过该客舱废气管线的客舱废气驱动。流动通过该客舱废气涡轮机时，客舱废气被膨胀和因此被冷却。

该客舱废气涡轮机被耦合至该第二环境空气压缩机以驱动该第二环境空气压缩机。例如，该客舱废气涡轮机和该第二环境空气压缩机可被布置在同轴上。在该飞机空调系统中，独立于电驱动第一环境空气压缩机，从飞机客舱去除的客舱废气因此被用于驱动布置在该第一环境空气分支管线中的该第二环境空气压缩机。即使处于大飞行高度的该飞机的飞行模式中，当飞机环境中的压力和因此导致的流动通过该环境空气供应管线的环境空气的压力低时，足够量的压缩环境空气因此也能够被供应至该飞机空调系统的该混合腔。另外，包含在客舱废气中的能量的使用以驱动该客舱废气涡轮机并因此驱动该第二环境空气压缩机减少驱动该第一环境空气压缩机所需的电能。这允许该飞机空调系统的特别能量有效的运行。

在该飞机空调系统的优选实施例中，该客舱废气管道的第二端开通至冲压空气管道中。该客舱废气管道的第二端优选被连接至布置在该冲压空气管道中的排放器，该排放器被配置为将流动通过该客舱废气管线的客舱废气排放至该冲压空气管道中。该排放器优选地能够以提高的速度和提高的压力将流动通过该客舱废气涡轮机下游的该客舱废气管线的膨胀的并因此非常冷的客舱废气排放至该冲压空气管道中。术语“下游”这里是指客舱废气通过该客舱废气管线的流动方向。流动通过该冲压空气管道的冲压空气的冷却能力因此被提高，使得该冲压空气管道能够被特别有效地、即以低冲压空气流地运行。由该冲压空气管道、即通过该冲压空气管道的冲压空气流导致的气动损失能够因此被降低。

该冲压空气管道可为具有ep2786935a1或us2014/0295277a1中描述的组合的naca/斗式入口的冲压空气管道。该冲压空气管道的该斗式入口然后可被连接至例如该环境空气供应管线。在出口的区域中，该冲压空气管道优选地被连接至出口风门和致动器，从而根据需要由该致动器对该出口风门的合适控制提高该冲压空气管道中的冲压压力。该冲压空气管道的naca入口优选地被优化用于装配有该飞机空调系统的飞机的飞行模式。提供在该冲压空气管道入口的区域中的能够由对应的致动器控制的入口风门因此优选地大体上用于在装配有该飞机空调系统的飞机的地面运行中控制空气向该冲压空气管道的供应。

电驱动风扇可被提供在该冲压空气管道中，该风扇用于在飞机的地面运行中将冲压空气传输通过该冲压空气管道。关闭阀可被提供在该冲压空气管道中，从而在该飞机的飞行模式中在不需要风扇运行时引导流动通过该冲压空气管道的冲压空气越过该风扇。对此替代地，具有可变扇叶的风扇也可使用。最后，也可想到提供一种喷射泵代替该冲压空气管道中的电驱动风扇，从而在该飞机的地面运行中将冲压空气传输通过该冲压空气管道。该喷射泵可由例如可取自该第二环境空气压缩机的压缩环境空气驱动。

该飞机空调系统优选地进一步包括连接管线，其从该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线分支，并且接入该第二环境空气压缩机上游的该第一环境空气分支管线。术语“下游”和“上游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线和该第一环境空气分支管线的流动方向。该第一环境空气压缩机和该第二环境空气压缩机可经由该连接管线彼此串联连接，即离开该第一环境空气压缩机的压缩环境空气可经由该连接管线被引导至该第二环境空气压缩机中并在其中被进一步压缩。

热交换器可被布置在该连接管线中，其在流动通过该第一环境空气压缩机下游的该连接管线的环境空气被供应至该第二环境空气压缩机之前将环境空气冷却。该热交换器充当中间冷却器，其在该环境空气压缩机的串联运行中在来自于该第一环境空气压缩机的环境空气流被供应至该第二环境空气压缩机之前将环境空气冷却。该第二环境空气压缩机的运行效率能够由此而提高，压缩环境空气的全部能量需求因此被降低。

环境空气供应控制阀可被配置为控制环境空气通过该连接管线和该第一环境空气分支管线的流动。该环境空气供应控制阀可被设计为例如三路阀的形式，其被设置在该连接管线开通至该第一环境空气分支管线中的部位中。则该第一环境空气压缩机和该第二环境空气压缩机能够如需要的由该环境空气供应控制阀串联或并联地彼此连接。向该第二环境空气压缩机的环境空气供应能够进一步由该环境空气控制阀截断。

该飞机空调系统的电控单元优选地被配置为控制该环境空气供应控制阀的操作，使得环境空气根据该飞机空调系统的运行状态并联或串联地流动通过该第一环境空气压缩机和该第二环境空气压缩机。进一步，该电控单元可被配置为控制该环境空气供应控制阀的操作，使得向该第二环境空气压缩机的环境空气的供应根据该飞机空调系统的运行状态被截断。该两个环境空气压缩机的并联运行使得对于来自于该环境空气压缩机的环境空气的进一步处理的该冲压空气的需求能够被降低，但是导致对于驱动该第一环境空气压缩机的电能的略高的需求。

该电控单元可进一步被配置为根据该飞机空调系统的环境空气需求来控制环境空气供应控制阀的操作和布置在该客舱废气涡轮机上游的该客舱废气管线中的客舱废气控制阀的操作。术语“上游”这里是指该客舱废气通过该客舱废气管线的流动方向。例如，该电控单元可控制该环境空气供应控制阀和/或该客舱废气控制阀，使得由该第二环境空气压缩机压缩的环境空气的量响应于该飞机空调系统提高的环境空气需求而被提高。以类似的方式，该电控单元可控制该环境空气供应控制阀和/或该客舱废气控制阀，使得如果该飞机空调系统的环境空气需求下降的话，则由该第二环境空气压缩机压缩的环境空气的量被降低或甚至减少至零。

在该飞机空调系统的特别优选的实施例中，该电控单元被配置为根据该飞机空调系统的环境空气需求以同步的方式控制该环境空气供应控制阀和该客舱废气控制阀的操作。这特别有助于该第二环境空气压缩机的有效运行，因为其能够由此被确保足够量的客舱废气被供应至该客舱废气涡轮机以产生驱动该第二环境空气压缩机的必需的驱动能量，并因此由该第二环境空气压缩机提供足够量的压缩环境空气。

压缩机空气再循环管线可从该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线分岔，并且重新接入该第一环境空气压缩机上游的该环境空气供应管线。术语“下游”和“上游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。来自于该第一环境空气压缩机的压缩空气可经由该压缩机空气再循环管线被返回至该第一环境空气压缩机并且再次被压缩。这使其能提高该飞机空调系统的性能，特别是如果该飞机空调系统被用于加热的目的。压缩机空气再循环阀可被设置在该压缩机空气再循环管线中，并且被配置为控制来自于该第一环境空气压缩机的压缩空气通过该压缩机空气再循环管线返回至该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线的流动。

该飞机空调系统可进一步包括客舱废气再加热器，其可被设置在该客舱废气涡轮机上游的该客舱废气管线中。术语“上游”这里是指客舱废气通过该客舱废气管线的流动方向。通过在流动通过该客舱废气管线的客舱废气供应至该客舱废气涡轮机之前将客舱废气加热，该客舱废气涡轮机的潜在驱动能量能够被提高。另外，流动通过该客舱废气管线的客舱废气在该客舱废气涡轮机的入口或出口的区域中包含液态水的风险能够由此被减少。

客舱废气再加热器优选被热耦合至第二环境空气分支管线，其从该第一环境空气压缩机和第二环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该客舱废气再加热器下游的该环境空气供应管线。术语“下游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。来自流动通过该第二环境空气分支管线的压缩环境空气的热量能够因此在该客舱废气再加热器中被传递至流动通过该客舱废气管线的客舱废气流。旁通阀优选被布置在该第二环境空气分支管线中以控制压缩环境空气通过该第二环境空气分支管线的流动。向该客舱废气再加热器的压缩环境空气的供应和因此导致的该客舱废气再加热器的加热能力能够因此由该旁通阀的合适控制而控制。

该飞机空调系统可进一步包括环境空气冷却器，其可被布置在该第一环境空气压缩机和第二环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线中。术语“下游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。该环境空气冷却器优选地被热耦合至该冲压空气管道，从而将来自流动通过该环境空气供应管线的压缩环境空气的热量传递至流动通过该冲压空气管道的冲压空气流。该环境空气冷却器优选地被设计为热交换器的形式，并且被布置在该冲压空气管道中。

环境空气再加热器可被设置在该环境空气冷却器下游的该环境空气供应管线中。在该环境空气冷却器中冷却的该环境空气流可通过该环境空气再加热器被再加热至提高的温度。冷凝器可也被提供在该环境空气再加热器下游的该环境空气供应管线中。流动通过该环境空气供应管线的环境空气可在该冷凝器中被冷却至水的露点以下。最后，水分离器可被提供在该冷凝器下游的该环境空气供应管线中。术语“下游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。该环境空气再加热器、该冷凝器和该水分离器形成高压水分离装置，其确保没有自由水仍然包含在流动通过该环境空气供应管线的环境空气流中。

在该水分离器中从环境空气流分离的水可被引导至该冲压空气管道中，以与流动通过该冲压空气管道的冲压空气一起被排出至环境大气中。在该飞机空调系统的优选实施例中，由该水分离器从环境空气流分离的液态水由水注射喷嘴注射至该冲压空气管道中。水部分地蒸发并冷却流动通过该冲压空气管道的冲压空气。

该飞机空调系统可进一步包括环境空气涡轮机，其可被设置在该水分离器下游的该环境空气供应管线中。术语“下游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。连接在该环境空气涡轮机上游并包括该环境空气再加热器、该冷凝器和该水分离器的该高压水分离装置确保在流动通过该环境空气供应管线的环境空气流被供应至该环境空气涡轮机之前没有液态水包含在其中。在流动通过该环境空气涡轮机时，环境空气被膨胀和因此被冷却。该环境空气涡轮机优选地被耦合至该第一环境空气压缩机，从而驱动该第一环境空气压缩机。例如，该环境空气涡轮机和该第一环境空气压缩机可被布置在同轴上。这种类型的设置获得驱动该第一环境空气压缩机的该电机的释放，并因此获得该飞机空调系统特别能量有效的运行。

该环境空气再加热器优选地被热耦合至设置在该水分离器下游的一段该环境空气供应管线。来自流动通过被设置在该水分离器下游的该段环境空气供应管线的环境空气流的热量因此可被传递至流动通过该环境空气再加热器的环境空气流。该冷凝器可被热耦合至设置在该环境空气涡轮机下游的一段该环境空气供应管线。来自流动通过该冷凝器的环境空气流的热量因此可被传递至流动通过被设置在该环境空气涡轮机下游的该段环境空气供应管线的环境空气流。术语“下游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。

该飞机空调系统的通风管线可从该环境空气涡轮机上游的、特别是该环境空气再加热器上游的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该环境空气涡轮机下游的该环境空气供应管线。术语“上游”和“下游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。通风阀可被设置在该通风管线中，该阀可被配置为控制环境空气通过该通风管线的流动。该通风管线因此“旁通”包括该环境空气再加热器、该冷凝器和该水分离器的该高压水分离装置，并且能够在装配有该飞机空调系统的飞机的飞行模式中使用，特别是在具有低环境压力的大飞行高度，以提高供应至该飞机空调系统的该混和腔的环境空气的渗透性，和因此减少压缩环境空气所需的能量支出。

配平空气管线可从该第一环境空气压缩机与该环境空气冷却器之间的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该环境空气涡轮机下游的该环境空气供应管线。术语“下游”这里是指环境空气通过该环境空气供应管线的流动方向。该配平空气管线优选地接入该环境空气涡轮机与该冷凝器之间的该环境空气供应管线。处于提高的压力和提高的温度的环境空气能够经由该配平空气管线被添加至来自于该环境空气涡轮机的环境空气。处于期望的温度和期望的压力的环境空气因此能够被供应至该飞机空调系统的该混和腔。设置在该配平空气管线中的配平空气阀优选地被配置为控制热压缩环境空气通过该配平空气管线的流动。

该飞机空调系统优选进一步包括紧急通风管线，其将该环境空气入口连接至该飞机空调系统的该混合腔。例如，万一该飞机空调系统故障，经由该环境空气入口进入该飞机空调系统的环境空气能够经由该紧急通风管线被直接引导至该飞机空调系统的该混合腔。因此，能够确保在该飞机空调系统的所有运行情况中保障向该混和腔的环境空气的至少最小供应。紧急通风阀可被设置在该紧急通风管线中，其优选地被配置为控制环境空气通过该紧急通风管线的流动，即如果需要环境空气流过的话打开该紧急通风管线。

最后，该飞机空调系统可包括从该配平空气管线分支的另一配平空气管线。该另一配平空气管线可被连接至将被加热的飞机区域，使得热压缩环境空气能够经由该另一配平空气管线，旁通该飞机空调系统的该混和腔，而被供应至该将被加热的飞机区域，。为了控制热压缩环境空气通过该另一配平空气管线的流动，另一配平空气阀优选被布置在该另一配平空气管线中。

在一种用于操作飞机空调系统的方法中，环境空气被引导通过环境空气供应管线，该环境空气供应管线包括连接至环境空气入口的第一端和连接至该飞机空调系统的混合腔的第二端。流动通过该环境空气供应管线的环境空气在布置在该环境空气供应管线中的第一环境空气压缩机中被压缩。该第一环境空气压缩机由电机驱动。环境空气被进一步引导通过第一环境空气分支管线，其从该第一环境空气压缩机上游的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线。流动通过该第一环境空气分支管线的环境空气在布置在该第一环境空气分支管线中的第二环境空气压缩机中被压缩。客舱废气被引导通过客舱废气管线，其包括可连接至将被空气调节的飞机区域的第一端。被设置在该客舱废气管线中并且耦合至该第二环境空气压缩机的客舱废气涡轮机由流动通过该客舱废气管道的客舱废气驱动。该第二环境空气压缩机由该客舱废气涡轮机驱动。

该客舱废气管线的第二端优选开通至冲压空气管道中，特别地被连接至设置在该冲压空气管道中的排放器，该排放器将流动通过该客舱废气管线的客舱废气排放至该冲压空气管道中。

在该方法的优选实施例中，环境空气被引导通过连接管线，其从该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线分支，并且接入该第二环境空气压缩机上游的该第一环境空气分支管线。环境空气通过该连接管线和该第一环境空气分支管线的流动可由环境空气供应控制阀控制。该环境空气供应控制阀的操作可被控制，使得环境空气根据该飞机空调系统的运行状态并联或串联地流动通过该第一环境空气压缩机和该第二环境空气压缩机。

可根据该飞机空调系统的环境空气需求特别地以同步的方式控制该环境空气供应控制阀的操作和布置在该客舱废气涡轮机下游的该客舱废气管线中的客舱废气控制阀的操作。

热交换器可被布置在该连接管线中，该热交换器可在流动通过该第一环境空气压缩机下游的该连接管线的环境空气被供应至该第二环境空气压缩机之前将其冷却。

在该方法的优选实施例中，来自于该第一环境空气压缩机的压缩环境空气被引导通过压缩机空气再循环管线，该压缩机空气再循环管线从该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该第一环境空气压缩机上游的该环境空气供应管线。来自于该第一环境空气压缩机的压缩环境空气通过该压缩机空气再循环管线返回至该第一环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线的流动优选由布置在该压缩机空气再循环管线中的压缩机空气再循环阀来控制。

来自流动通过第二环境空气分支管线的压缩环境空气的热量优选地由布置在该客舱废气涡轮机上游的该客舱废气管线中的客舱废气再加热器传递至流动通过该客舱废气管线的客舱废气流。该客舱废气再加热器优选被热耦合至该第二环境空气分支管线，该第二环境空气分支管线从该第一环境空气压缩机和第二环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该客舱废气再加热器下游的该环境空气供应管线。压缩环境空气通过该第二环境空气分支管线的流动优选由布置在该第二环境空气分支管线中的旁通阀控制。

来自流动通过该环境空气供应管线的压缩环境空气的热量可由布置在该第一环境空气压缩机和该第二环境空气压缩机下游的该环境空气供应管线中的环境空气冷却器传递至流动通过冲压空气管道的冲压空气流。为此目的该环境空气冷却器优选被热耦合至该冲压空气管道，特别地被布置在该冲压空气管道中。环境空气可被引导通过布置在该环境空气供应管线中、特别是该环境空气冷却器下游的环境空气再加热器，并且在该环境空气再加热器中被加热至提高的温度。环境空气可进一步被引导通过布置在该环境空气供应管线中、特别是该环境空气再加热器下游的冷凝器，通过这样被冷却至低于水的露点的温度。另外，环境空气可被引导通过布置在该环境空气供应管线中、特别是在该冷凝器下游的水分离器。在该水分离器中，自由水能够从环境空气流被分离。最后，环境空气可被引导至布置在该水分离器下游的环境空气涡轮机中，并且被膨胀和冷却。该第一环境空气压缩机可由该环境空气涡轮机驱动。

在可被热耦合至布置在该水分离器下游的一段该环境空气供应管线的该环境空气再加热器中，来自流动通过布置在该水分离器下游的该段环境空气供应管线的环境空气流的热量可被传递至流动通过该环境空气再加热器的环境空气流。在被热耦合至布置在该环境空气涡轮机下游的一段该环境空气供应管线的该冷凝器中，来自流动通过该冷凝器的环境空气流的热量可被传递至流动通过布置在该环境空气涡轮机下游的该段环境空气供应管线的环境空气流。

在该方法的优选实施例中，环境空气可被引导通过通风管线，其从该环境空气涡轮机下游、特别是该环境空气再加热器上游的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该环境空气涡轮机下游的该环境空气供应管线。环境空气通过该通风管线的流动可由布置在该通风管线中的通风阀控制。热压缩环境空气可被引导通过配平空气管线，其从该第一环境空气压缩机与该环境空气冷却器之间的该环境空气供应管线分支，并且重新接入该环境空气涡轮机下游的该环境空气供应管线。热压缩环境空气通过该配平空气管线的流动可由布置在该配平空气管线中的配平空气阀控制。

环境空气可进一步被引导通过紧急通风管线，其将该环境空气入口连接至该飞机空调系统的该混合腔。环境空气通过该紧急通风管线的流动可由布置在该紧急通风管线中的紧急通风阀控制。最后，热压缩环境空气可被引导通过另一配平空气管线，其从该配平空气管线分支，并且可连接至将被加热的飞机区域。热压缩环境空气通过该另一配平空气管线的流动可由布置在该另一配平空气管线中的另一配平空气阀控制。

附图说明

现在参照所附示意图更详细地解释本发明的优选实施例，其中

图1示出用于空气调节飞机客舱的空调系统。

具体实施方式

图1中图示的飞机空调系统10包括环境空气供应管线12。环境空气供应管线12具有第一端，该第一端被连接至设计为斗式入口形式的环境空气入口14。经由斗式入口14环境空气能够被取自空气层并被供应至环境空气供应管线12，其位于在装配有飞机空调系统10的飞机的飞行模式中沿飞机的外蒙皮建立的边界层的上方。环境空气供应管线12的第二端被连接至飞机空调系统10的混合腔16。在混合腔16中，通过环境空气供应管线12供应至混合腔16的环境空气与从飞机客舱形式的将被空气调节的飞机区域17移除的再循环空气混合。在混合腔16中产生的混合空气最终被供应至飞机客舱形式的将被空气调节的飞机区域17。

经由环境空气入口14供应至飞机空调系统10的环境空气被引导至布置在环境空气供应管线12中的第一环境空气压缩机18中。在流动通过第一环境空气压缩机18时，环境空气被压缩并因此被加热。压缩机空气再循环管线13从第一环境空气压缩机18下游的环境空气供应管线12分支，并且重新接入第一环境空气压缩机18上游的环境空气供应管线12。来自于第一环境空气压缩机18的压缩空气能够经由压缩机空气再循环管线13返回至第一环境空气压缩机18并再次被压缩。布置在压缩机空气再循环管线13中的压缩机空气再循环阀15用于控制来自于第一环境空气压缩机18的压缩环境空气通过压缩机空气再循环管线13返回至第一环境空气压缩机18下游的环境空气供应管线12中的流动。

第一环境空气压缩机18由电机19驱动。在图1所示的飞机空调系统10的实施例中，电机19被设计为电驱动空气循环机的形式，其确保第一环境空气压缩机单独由电能驱动。

第一环境空气分支管线20从第一环境空气压缩机18上游的环境空气供应管线12分支，并且重新接入第一环境空气压缩机18下游的环境空气供应管线12。第二环境空气压缩机22被布置在第一环境空气分支管线20中，并且用于压缩并因此加热流动通过第一环境空气分支管线20的环境空气。

连接管线24从第一环境空气压缩机18下游的环境空气供应管线12分支，并且接入第二环境空气压缩机22上游的第一环境空气分支管线20。第一环境空气压缩机18和第二环境空气压缩机22可经由连接管线24被彼此串联连接，使得来自于第一环境空气压缩机18的压缩的环境空气能够进一步被第二环境空气压缩机22压缩。在连接管线24中布置有热交换器25，其在流动通过第一环境空气压缩机18下游的连接管线24的环境空气被供应至第二环境空气压缩机22之前将其冷却。

这里以三路阀的形式形成的环境空气供应控制阀26被布置在通向环境空气供应管线12的连接管线24的出口的区域中，并且被配置为控制环境空气向第二环境空气压缩机22的供应。特别地，通过连接管线24和第一环境空气分支管线20的环境空气的流动能够由环境空气供应控制阀26控制，使得第一环境空气压缩机18和第二环境空气压缩机22能够经由第一环境空气分支管线20根据需要被并联或串联彼此连接。特别地，电控单元27控制环境空气供应控制阀26，使得环境空气根据飞机空调系统10的运行状态并联或串联地流动通过第一环境空气压缩机18和第二环境空气压缩机22。在环境空气压缩机18、20的串联操作中，热交换器25充当中间冷却器，其在来自于第一环境空气压缩机18的环境空气流被供应至第二环境空气压缩机22之前将其冷却。环境空气供应控制阀的操作由电控单元27来控制。

流动通过环境空气压缩机18、22下游的环境空气供应管线12的环境空气首先被引导通过臭氧转换器28，然后被供应至环境空气冷却器29。环境空气冷却器29在环境空气供应管线12中被布置在第一环境空气压缩机18和第二环境空气压缩机22的下游，并且被热耦合至冲压空气管道30。特别地，环境空气冷却器29被设计为热交换器的形式并被布置在冲压空气管道30中。在流动通过环境空气冷却器29时，来自流动通过环境空气供应管线12的环境空气的热量被传递至流动通过冲压空气管道30的冲压空气。

在装配有飞机空调系统10的飞机的飞行模式中，经由冲压空气入口31被供应至冲压空气管道30的冲压空气流动通过冲压空气管道30。冲压空气向冲压空气管道30的供应由致动器操作的入口风门32来控制。另一方面，在飞机的地面操作中，被风扇33输送通过冲压空气管道30的环境空气流动通过冲压空气管道30。代替风扇33，喷射泵也能够被用于在飞机的地面操作中输送冲压空气通过冲压空气管道30。流动通过冲压空气管道30的冲压空气经由冲压空气出口离开冲压空气管道30。图1中未示出的致动器操作的出口风门在飞机的飞行模式和地面操作中均能够被用于控制冲压空气管道30中的冲压压力。

在图1中所示的设置中，冲压空气入口14和冲压空气管道30被形成为分离的设备。但是，也可能将冲压空气入口14和冲压空气管道30形成为具有组合的naca/斗式入口的冲压空气管道的形式，例如如ep2786935a1或us2014/0295277a1中描述的。

在流动通过环境空气冷却器29后，流动通过环境空气供应管线12的环境空气被引导通过环境空气再加热器34。在流动通过环境空气再加热器34时，在环境空气冷却器29中被冷却的环境空气被再次加热。在环境空气再加热器34的下游，冷凝器36被提供在环境空气供应管线12中。在冷凝器36中，流动通过环境空气供应管线12的环境空气被冷却至水的露点以下。最后，水分离器38被提供在冷凝器36下游的环境空气供应管线12中。环境空气再加热器34、冷凝器36和水分离器38形成高压水分离装置，其确保没有自由水仍然包含在流动通过环境空气供应管线的环境空气中。

在水分离器38中从环境空气流分离的水经由排水管线40被引导至冲压空气管道30中。特别地，由水分离器38从环境空气流分离的液态水由水注射喷嘴42注射至冲压空气管道30中。水在该过程中部分地蒸发，并且冷却流动通过冲压空气管道30的冲压空气。参照冲压空气通过冲压空气管道30的流动方向，水注射喷嘴42在冲压空气管道30中被定位在环境空气冷却器29的上游，从而最佳地利用注射至冲压空气管道30中的水的冷却效果。最后，水与流动通过冲压空气管道30的冲压空气一起被排出至装配有飞机空调系统10的飞机的环境中。

飞机空调系统10进一步包括环境空气涡轮机44，其被布置在水分离器38下游的环境空气供应管线12中。在流动通过环境空气涡轮机44时，环境空气被膨胀并因此被冷却。环境空气涡轮机44被耦合至第一环境空气压缩机18以支撑电机19对第一环境空气压缩机18的驱动。在根据图1的设置中，环境空气涡轮机44、电机19和第一环境空气压缩机18被布置在同轴上。

环境空气再加热器34被热耦合至布置在水分离器38下游的一段环境空气供应管线12。来自流动通过布置在水分离器38下游的该段环境空气供应管线12的环境空气流的热量能够因此被传递至流动通过环境空气再加热器34的环境空气流。冷凝器36被热耦合至布置在环境空气涡轮机44下游的一段环境空气供应管线12。来自流动通过冷凝器36的环境空气流的热量能够因此被传递至流动通过环境空气再加热器34的环境空气流。冷凝器36被热耦合至设置在环境空气涡轮机44下游的一段环境空气供应管线12。来自流动通过冷凝器36的环境空气流的热量能够因此被传递至流动通过布置在环境空气涡轮机44下游的该段环境空气供应管线12的环境空气流。

飞机空调系统10的通风管线45从环境空气涡轮机44上游、特别是环境空气再加热器34上游的环境空气供应管线12分支，并且重新接入环境空气涡轮机44下游的环境空气供应管线12。用于控制通过通风管线45的环境空气的流动的通风阀47被布置在通风管线中。通风管线45“旁通”包括环境空气再加热器34、冷凝器36和水分离器38的高压水分离装置，并且能够被用在装配有飞机空调系统10的飞机的飞行模式中，特别是在具有低环境压力的大飞行高度，以提高供应至飞机空调系统10的混合腔16的环境空气的渗透性。

配平空气管线46从第一环境空气压缩机18与环境空气冷却器29之间的环境空气供应管线12分支，并且重新接入环境空气涡轮机44下游的环境空气供应管线12。特别地，配平空气管线46接入环境空气涡轮机44与冷凝器36之间的环境空气供应管线12。处于提高压力和提高温度的环境空气能够经由配平空气管线46被添加至来自于环境空气涡轮机44的环境空气。处于期望的温度和期望的压力的环境空气能够因此被供应至飞机空调系统10的混合腔16。布置在配平空气管线46中的配平空气阀48用于控制热压缩环境空气通过配平空气管线46的流动。

飞机空调系统10进一步包括紧急通风管线50，其将环境空气入口14连接至飞机空调系统10的混合腔16。例如，万一飞机空调系统10故障，经由环境空气入口14进入飞机空调系统10的环境空气能够经由紧急通风管线50被直接引导至飞机空调系统10的混合腔16中。紧急通风阀52被布置在紧急通风管线50中，该阀被配置为控制环境空气通过紧急通风管线50的流动，即如果需要环境空气流过的话则打开紧急通风管线50。

另一配平空气管线54从配平空气管线46分支。另一配平空气管线54可被连接至图1中未示出的将被加热的飞机区域，使得热压缩环境空气能够经由另一配平空气管线54旁通飞机空调系统10的混合腔16，被供应至将被加热的飞机区域。为了控制热压缩环境空气通过另一配平空气管线54的流动，另一配平空气阀56优选被布置在另一配平空气管线54中。

飞机空调系统10进一步包括适于供客舱废气流动通过的客舱废气管线58。客舱废气管线58的第一端可被连接至将被空气调节的飞机区域17。客舱废气涡轮机60被布置在客舱废气管线58中，该涡轮机由流动通过客舱废气管线58的客舱废气驱动。当其流动通过客舱废气涡轮机60时，客舱废气被膨胀并因此被冷却。客舱废气涡轮机60被耦合至第二环境空气压缩机22以驱动第二环境空气压缩机22。特别地，客舱废气涡轮机60和第二环境空气压缩机22被布置在同轴上。

此设置使得能够独立于电驱动的第一环境空气压缩机18使用从飞机客舱去除的客舱废气来驱动第二环境空气压缩机22。即使处于大飞行高度的飞机的飞行模式中，当飞机环境中的压力和因此导致的流动通过环境空气供应管线12的环境空气的压力低时，足够量的压缩环境空气能够因此被供应至飞机空调系统10的混合腔16。

客舱废气管线58的第二端开通至冲压空气管道30中。在根据图1的设置中，客舱废气管线58的第二端被连接至布置在冲压空气管道30中的排放器62，其将流动通过客舱废气管线58的客舱废气排放至冲压空气管道30中。特别地，排放器62以提高的速度和提高的压力将流动通过客舱废气涡轮机60下游的客舱废气管线58的膨胀的并因此非常冷的客舱废气排放至冲压空气管道30中。流动通过冲压空气管道30的冲压空气因此被冷却，并且冲压空气管道30的效率提高。

为了控制流动通过客舱废气管线58的废气流，客舱废气控制阀64被布置在客舱废气管线58中。特别地，客舱废气控制阀64被提供在客舱废气涡轮机60上游的客舱废气管线58中，使得客舱废气向客舱废气涡轮机60的供应能够由客舱废气控制阀64的合适控制而控制。环境空气供应控制阀26的操作和客舱废气控制阀64的操作由电控单元27以同步的方式根据飞机空调系统的环境空气需求来控制。例如，由第二环境空气压缩机22压缩的环境空气的量能够由电控单元27通过环境空气供应控制阀26和客舱废气控制阀64的合适控制响应于飞机空调系统10的提高的环境空气需求而被提高。以类似的方式，如果飞机空调系统10的环境空气需求下降，则由第二环境空气压缩机22压缩的环境空气的量能够由电控单元27通过环境空气供应控制阀26和客舱废气控制阀64的合适控制而被降低或甚至减小至零。

最后，客舱废气再加热器66被布置在客舱废气涡轮机60上游的客舱废气管线58中，即在客舱废气控制阀64和客舱废气涡轮机60之间。客舱废气再加热器66被热耦合至第二环境空气分支管线68，该第二环境空气分支管线68从环境空气压缩机18、22下游的环境空气供应管线12分支，并且重新接入客舱废气再加热器66下游的环境空气供应管线12。旁通阀70被布置在第二环境空气分支管线68中以控制压缩环境空气通过第二环境空气分支管线68的流动，并因此控制客舱废气再加热器66的加热能力。由于流动通过客舱废气管线58的客舱废气在其被供应至客舱废气涡轮机60之前的加热，客舱废气涡轮机60的潜在驱动能量被提高。另外，流动通过客舱废气管线58的客舱废气在客舱废气涡轮机60的入口或出口的区域中包含液态水的风险被降低。