辅助温度控制装置、温度调节系统和温度调节方法与流程

本发明涉及载客飞行器领域，具体涉及一种用于飞机座舱的辅助温度控制装置、包括该装置的温度调节系统和基于该系统实现的温度调节方法。

背景技术：

通常，民用飞机的引气系统一般采用空调设备向座舱内提供经过制冷和加热的空气。当空调设备制冷能力存在限制时，通常使用辅助制冷系统提供额外冷量。

现有的空调设备的结构在图1中示出，其中，通过辅助制冷系统与再循环空气的换热实现温度控制。这种方案的不足有：1)换热器安装在再循环系统的供气导管上，由于管路布置中的空间尺寸限制，换热效率较低，流阻较高；2)该方案仅能提供额外冷量，空调设备制热不足时无法实现辅助制热；3)辅助制冷系统连接到单一管路上(例如再循环管路)，当对应管路供气丧失时，补充额外冷量的能力将下降或丧失；4)在应急通风飞行状态下，该方案无法对来自外界过冷或过热的应急冲压空气进行调温，乘员舒适性较差，极端热天或冷天将对乘员造成损伤。

而再循环空气系统及单独的空调组件失效，其概率约为千分之一左右，属于航线多发故障。空调设备性能降级给飞机运营带来成本增加和诸多运营不便。

因此，需要提供一种辅助温度控制装置、温度调节系统和温度调节方法，以至少部分地解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种辅助温度控制装置、温度调节系统和温度调节方法，以使连接混合腔和辅助制冷系统的流体管路独立于用于从再循环系统引气的管路，从而使得再循环系统的引气管路故障时，辅助制冷系统也依然能够对混合腔内的气体起到温度调节作用。

本发明的一个方面提供了一种用于飞机座舱的辅助温度控制装置，所述辅助温度控制装置包括：

混合腔，所述混合腔被构造为能够使来自再循环系统的气体和来自空气制冷设备的气体混合；

换热器，所述换热器内置在所述混合腔内并被构造成能够使得来自辅助制冷系统的流体与所述混合腔内的气体进行热量交换；

第一管路，所述第一管路连接在所述混合腔和所述再循环系统之间并且被构造成能够向所述混合腔排入流体；

第二管路，所述第二管路连接在所述混合腔和所述辅助制冷系统之间，所述第二管路独立于所述第一管路；和

管路切换装置，所述管路切换装置设置在所述第二管路上，并被构造为能够控制所述第二管路内的流体的流动方向。

在一种实施方式中，所述第二管路包括用于向所述混合腔排入流体的流体入口管路和用于从所述混合腔排出流体的流体出口管路，所述流体入口管路和所述流体出口管路分别和所述辅助制冷系统相连。

在一种实施方式中，所述第一管路为两个，所述两个第一管路分别设置在所述混合腔的两个不同的侧面上，以分别从两个所述再循环系统引气。

在一种实施方式中，所述两个不同的侧面为所述混合腔的两个相对的侧面。

在一种实施方式中，所述第二管路为两组，所述两组第二管路分别设置在所述混合腔的两个不同的侧面上，以分别和两个所述辅助制冷系统流体连通。

在一种实施方式中，所述两个不同的侧面为所述混合腔的两个相对的侧面。

在一种实施方式中，所述辅助温度控制装置还包括定位在所述混合腔的气体出口处的温度传感器和与所述温度传感器通信连接的控制器，所述控制器被构造为能够控制所述管路切换装置。

在一种实施方式中，所述辅助温度控制装置还包括连接在所述空气制冷设备和所述混合腔之间的第三管路，而且所述第三管路上还设置有用于引入应急冲压空气的进气支路。

本发明另一方面提供了一种温度调节系统，所述温度调节系统包括：

根据上述任意一项方案所述的辅助温度控制装置；

通过第一管路与所述辅助温度控制装置相连的再循环系统；和

能够通过第二管路与所述辅助温度控制装置相连的辅助制冷系统。

在一种实施方式中，所述辅助制冷系统包括：

能够提供热流体的产热设备；和

能够提供冷流体的制冷单元，

在一种实施方式中，所述辅助温度控制装置的第二管路包括用于向所述混合腔排入流体的流体入口管路和用于从所述混合腔排出流体的流体出口管路，

其中，当所述辅助制冷系统和所述混合腔流体连通时，所述流体入口管路和所述产热设备、所述制冷单元中的一个相连，所述流体出口管路和所述产热设备、所述制冷单元中的另一个相连，从而在所述产热设备、所述制冷单元和所述混合腔三者之间形成流体回路。

在一种实施方式中，所述辅助制冷系统还能够和所述混合腔断开其流体连通。

在一种实施方式中，当所述辅助制冷系统和所述混合腔断开流体连通时，所述产热设备和所述制冷单元彼此相连从而在二者之间形成流体回路。

在一种实施方式中，所述辅助温度控制装置还包括定位在所述混合腔的所述主气体出口处的温度传感器和与所述温度传感器通信连接的控制器，所述控制器被构造为能够根据应用场景而控制管路切换装置，使所述管路切换装置改变所述产热设备、所述制冷单元和所述混合腔之间的流体的流动路径和/或流动方向。

在一种实施方式中，所述应用场景包括辅助制热场景、辅助制冷场景和辅助制冷系统隔离场景。

本发明的再一个方面提供了一种基于上述两方案之一所述的温度调节系统而实现的温度调节方法，所述方法包括：控制器根据应用场景而控制管路切换装置，使所述管路切换装置改变所述产热设备、所述制冷单元和所述混合腔之间的流体的流动路径和/或流动方向，以实现对所述混合腔内气体的辅助制冷或辅助制热。

在一种实施方式中，所述方法包括：

当所述应用场景为辅助制冷场景时，所述控制器控制所述管路切换装置进行切换操作，使得所述第二管路向混合腔输送来自制冷单元的流体；

当所述应用场景为辅助制热场景时，所述控制器控制所述管路切换装置进行切换操作，使得所述第二管路向所述混合腔输送来自产热设备的流体；

当所述应用场景为辅助制冷系统隔离场景时，所述控制器控制所述管路切换装置进行切换操作，使得所述混合腔和辅助制冷系统之间的流体连通断开。

本发明所提供的辅助温度控制装置、温度调节系统和温度调节方法，能够实现：1、连接混合腔和辅助制冷系统的流体管路独立于用于从再循环系统引气的管路，从而使得再循环系统的引气管路故障时也不会影响辅助制冷系统对混合腔内的气体起到温度调节作用；2、混合腔内空间较大，可以使用较大的换热器，从而使得换热效率提高、流阻降低；3、辅助制冷系统不仅能够提供额外冷量，还能够提供额外热量，以适应更多样的使用环境；4、在应急通风飞行的状态下，也可以对引入的应急冲压空气进行调温，以在极端条件下保证座舱的舒适度。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1是现有的一种温度调节系统的示意图；

图2是本发明的一个优选实施方式的辅助温度控制装置的示意图，图中省略了流量切换装置等部分结构；

图3是本发明的一个优选实施方式的温度调节系统的示意图；

图4是本发明的一个优选实施方式中，在几种应用场景下，混合腔、产热设备和制冷单元之间的流体流动路径的示意图；

图5是本发明的一个优选实施方式中，混合腔、产热设备和制冷单元之间的管道连接关系。

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。

本发明提供了一种辅助温度控制装置和包括该辅助温度控制装置的温度调节系统，以及基于该系统实现的温度调节方法。

参考图2和图3，辅助温度控制装置包括混合腔、内置在混合腔内的换热器、连接混合腔和再循环系统的第一管路1、连接混合腔和辅助制冷系统的第二管路2、设置在第二管路2上的管路切换装置以及连接在空气制冷设备和混合腔之间的第三管路3。

其中，第一管路1能够从再循环系统引气，第三管路3能够从空气制冷设备处引气，引来的气体在混合腔内被混合，并最终将气体排出至空气分配管路。优选地，第三管路3上还设置有用于引入应急冲压空气的进气支路。同时，第二管路2用于在辅助制冷系统和混合腔内的换热器之间输送流体，以使得来自辅助制冷系统的流体和混合腔内的气体进行热量交换。在本实施方式中，第二管路2输送的流体为液体。

第二管路2独立于第一管路1。这样，即使第一管路1出现故障，也不会影响辅助制冷系统与混合腔之间的流体传送和热量交换。同时，第二管路2内的流体的流动方向可以受管路切换装置的控制，以使辅助制冷系统根据需要而向混合腔内输送冷流体或热流体。

优选地，第二管路2包括用于向混合腔排入流体的流体入口管路21和用于从混合腔排出流体的流体出口管路22，流体入口管路21和流体出口管路22分别与换热器的两端相连以便于流体流过换热器并与混合腔内的气体进行热量交换。

优选地，继续参考图2，第一管路1为两个，两个第一管路1分别设置在混合腔的两个不同的侧面上，以分别从两个再循环系统引气。更优选地，两个第一管路1分别连接在混合腔的两个相对的侧面上，以保证引气均匀。

同样优选地，第二管路2为两组，两组第二管路2也分别设置在混合腔的两个不同侧面上，以分别和两个辅助制冷系统流体连通。更优选地，混合腔内的换热器也为两个，两个换热器在混合腔内对称布置，两组第二管路2分别连接在混合腔的两个相对的表面上，以保证混合腔内的热量交换均匀。

同时，参考图3，辅助温度控制装置还包括定位在混合腔的气体出口处的温度传感器和与温度传感器通信地连接的控制器，控制器能够控制管路切换装置，以允许管路切换装置根据具体需要而改变流体的流动路径和方向。

本实施方式所提供的温度调节系统，包括如上所述的辅助温度控制装置、通过第一管路1与辅助温度控制装置相连的再循环系统以及通过第二管路2与辅助温度控制装置相连的辅助制冷系统。

进一步地，参考图3，辅助制冷系统包括产热设备和制冷单元。其中，产热设备例如可以为大功率电子设备等，产热设备能够将冷流体加温而变成热流体；制冷单元可以包括能够制冷的装置，以用于将热流体变为冷流体。当产热设备与流体入口管路21相连时，辅助制冷系统能够向混合腔输送热流体，从而使混合腔的气体温度升高；当制冷单元与流体入口管路21相连时，辅助制冷单元能够向混合腔输送冷流体，从而使混合腔的气体温度降低。

可以看到，本文所说的“辅助制冷系统”实际上不一定仅仅能够起到辅助制冷作用，其还能够起到辅助制热作用。

当产热设备和制冷单元中的一个与流体入口管路21相连时，产热设备和制冷单元中的另一个与流体出口管路22相连，此时在产热设备、制冷单元和混合腔三者之间形成流体回路，辅助制冷系统对混合腔内的气体起到辅助温度调节作用。

另一方面，当混合腔不需要辅助温度调节时，辅助制冷系统还能够和混合腔断开连接，优选地，在这种情况下，产热设备和制冷单元能够彼此相连以在二者之间形成流体回路，以充分利用能源。

优选地，参考图5，产热设备和制冷单元之间可以设置两条用于在二者间直接进行流体交换的管路，其中，用于将流体从制冷单元输送至产热设备的管路为第一循环管路4，其上设置第一阀门61；用于将流体从产热设备输送至制冷单元的管路为第二循环管路5，其上设置有第二阀门62。

而第二管路2中的流体入口管路21可以包括两个支路，其中，入口管路第一支路211的起始端连接在第一循环管路4上，入口管路第二支路212的起始端连接在第二循环管路5上，入口管路第一支路211上设置第三阀门63，入口管路第二支路212上设置第四阀门64；同样地，流体出口管路22也可以包括两个支路，出口管路第一支路221的末端连接在第一循环管路4上，出口管路第二支路222的末端连接在第二循环管路5上，出口管路第一支路221上设置有第五阀门65，出口管路第二支路222上设置有第六阀门66。

进一步地，控制器可以接收温度传感器的感测信号，并基于该感测信号而控制管路切换装置来操控各个阀门的开闭，以使管路切换装置根据实际需要而控制流体的流动路径。

下面参考图4和图5，结合各个可能出现的应用场景而对本实施方式的温度调节方法进行描述。

当应用场景为辅助制冷场景时，此时控制器控制管路切换装置进行切换操作，使第三阀门63、第五阀门65和第二阀门62打开，第一阀门61、第四阀门64和第六阀门66关闭，使得辅助制冷系统向混合腔输送来自制冷单元的流体。

当应用场景为辅助制热场景时，此时控制器控制管路切换装置进行切换操作，使第四阀门64、第六阀门66和第一阀门61打开，第三阀门63、第五阀门65和第二阀门62关闭，使得辅助制冷系统向混合腔输送来自产热设备的流体。

当应用场景为辅助制冷系统隔离场景时，此时不需要辅助制冷系统的额外调节，控制器控制管路切换装置进行切换操作，使第一阀门61和第二阀门62打开，第三阀门63、第四阀门64、第五阀门65和第六阀门66均关闭。

本发明所提供的辅助温度控制装置、温度调节系统和温度调节方法，具有诸多优点：1、连接混合腔和辅助制冷系统的流体管路独立于用于从再循环系统引气的管路，从而使得再循环系统的引气管路故障时也不会影响辅助制冷系统对混合腔内的气体起到温度调节作用；2、混合腔内空间较大，可以使用较大的换热器，从而使得换热效率提高、流阻降低；3、辅助制冷系统不仅能够提供额外冷量，还能够提供额外热量，以适应更多样的使用环境；4、在应急通风飞行的状态下，也可以对引入的应急冲压空气进行调温，以在极端条件下保证座舱的舒适度。

本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

部件附图标记列表：

第一管路1

第二管路2

流体入口管路21

流体出口管路22

第三管路3

第一循环管路4

第二循环管路5

入口管路第一支路211

入口管路第二支路212

出口管路第一支路221

出口管路第二支路222

第一阀门61

第二阀门62

第三阀门63

第四阀门64

第五阀门65

第六阀门66。