用于环境控制系统的串联空气循环机模块的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月16日提交的美国临时专利申请号为62/309,076、62/309,080、62/309,081和62/309,084的优先权。优先申请的内容以其整体通过引用的方式并入本文。

发明背景

本文公开的主题一般涉及环境控制系统，且更具体地涉及环境控制系统的空气循环机。

商用飞机通常配备有双封装环境控制系统架构，该架构包括安装在飞机的中心翼盒下方的分离隔舱中的冗余包，并且由飞机翼-机身整流罩封装。这些隔舱通常由龙骨梁分开，该龙骨梁在向上着陆的情况下支撑飞机的重量。如果适当加固，则可适应龙骨梁的局部穿透。

环境控制系统架构的较小构造可包括装配在单个体积内的半封装架构。然而，这种体积大于常规双封装架构的一半，且因此半封装架构系统对于在这样位置中使用可能太大，因此可能需要安装在飞机的其它位置（例如，安装在飞机的尾部中）。进一步减小半封装环境控制系统架构的尺寸可能是有益的。

发明概要

根据一个实施方案，提供了一种串联空气循环机模块。串联空气循环机模块包括：第一空气循环机，其具有第一压缩机和第一涡轮机；第二空气循环机，其具有第二压缩机和第二涡轮机；和结构歧管，其可操作地连接至第一空气循环机和第二空气循环机两者。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括隔离阀，所述隔离阀处于结构歧管内并且被构造为控制气流进入第一涡轮机和第二涡轮机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括隔离阀包括致动器和闸门，致动器被构造为控制并移动闸门以选择地阻塞流入第一涡轮机或第二涡轮机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括隔离阀还包括固定地连接至结构歧管的盖，闸门可移动地安装至盖。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括隔离阀可操作至（i）第一位置，其中气流可进入第一涡轮机和第二涡轮机，（ii）第二位置，其中气流可仅进入第一涡轮机并且被阻止进入第二涡轮机，以及（iii）第三位置，其中气流可仅进入第二涡轮机并且被阻止进入第一涡轮机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括结构歧管包括歧管入口，所述歧管入口被构造为接收来自飞机的环境控制系统的集水器的气流。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括处于结构歧管上的至少一个安装垫，至少一个安装垫被构造为将结构歧管安装至飞机的结构。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括至少一个隔振器，所述至少一个隔振器被构造为限制振动传递至串联空气循环机或从串联空气循环机传递。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，串联空气循环机模块的其它实施方案可包括多个固定机构，所述多个固定机构将第一和第二空气循环机的附接连接并固定至结构歧管。

根据另一实施方案，提供了一种飞机的环境控制系统。环境控制系统包括串联空气循环机模块，该串联空气循环机模块具有：第一空气循环机，其具有第一压缩机和第一涡轮机；第二空气循环机，其具有第二压缩机和第二涡轮机；和结构歧管，其可操作地连接至第一空气循环机和第二空气循环机两者。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括隔离阀，所述隔离阀处于结构歧管内并且被构造为控制气流进入第一涡轮机和第二涡轮机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括隔离阀包括致动器和闸门，致动器被构造为控制并移动闸门以选择地阻塞流入第一涡轮机或第二涡轮机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括隔离阀还包括固定地连接至结构歧管的盖，闸门可移动地安装至盖。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括隔离阀可操作至（i）第一位置，其中气流可进入第一涡轮机和第二涡轮机，（ii）第二位置，其中气流可仅进入第一涡轮机并且被阻止进入第二涡轮机，以及（iii）第三位置，其中气流可仅进入第二涡轮机并且被阻止进入第一涡轮机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括结构歧管包括歧管入口，所述歧管入口被构造为接收来自飞机的环境控制系统的集水器的气流。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括处于结构歧管上的至少一个安装垫，至少一个安装垫被构造为将结构歧管安装至飞机的结构。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括至少一个隔振器，所述至少一个隔振器被构造为限制振动传递至串联空气循环机或从串联空气循环机传递。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括多个固定机构，所述多个固定机构将第一和第二空气循环机的附接连接并固定至结构歧管。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括集水器，所述集水器被构造为将调节的空气供应至结构歧管。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括冲压模块，冲压模块被构造为接收来自第一压缩机和第二压缩机中的至少一个的空气。

本公开的实施方案的技术效果包括用于环境控制系统架构的串联空气循环机模块，其包括可操作地耦接至单个中心结构歧管的两个或多个空气循环机。其它技术效果包括被构造为控制流入并通过本公开的串联空气循环机模块的空气循环机隔离阀。

除非另有明确说明，否则前述特征和元件可以各种组合而没有排他性地组合。根据以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加明显。然而，应理解，以下描述和附图旨在本质上是说明性和解释性的而非限制性的。

附图简述

在说明书的结尾处特别指出并明确要求保护主题。通过以下结合附图的具体实施方式，本公开的前述和其它特征以及优点是显而易见的，其中：

图1a是可并入本公开的各种实施方案的飞机的示意图；

图1b是图1a的飞机的隔舱部分的示意图；

图2a是可并入本公开的实施方案的飞机的环境控制系统的示意透视图；

图2b是图2a的环境控制系统的第二透视图；

图3是根据本公开的实施方案的环境控制系统的示意图；

图4a是如所组装的根据本公开的实施方案的串联空气循环机模块的示意图；

图4b是图4a的串联空气循环机模块的部分分解图；

图5a是根据本公开的实施方案的结构歧管的等距分解示意图；

图5b是图5a的结构歧管的替代视图等距分解示意图；

图6a是处于第一位置的根据本公开的实施方案的隔离阀的示意图；

图6b是处于第二位置的图6a的隔离阀的示意图；

图6c是处于第三位置的图6a的隔离阀的示意图；和

图7是根据本公开的实施方案的结构歧管的横截面图示。

具体实施方式

如本文所示和所述，将呈现本公开的各种特征。各个实施方案可具有相同或类似的特征，并且因此相同或类似的特征可用相同附图标记来标记，但前面有指示示出该特征的图的不同第一数字。因此，例如，图x中所示的元件“##”可被标记为“x##”，且图z中的类似特征可被标记为“z##”。虽然可在一般意义上使用类似的附图标记，但是将描述各种实施方案，并且各种特征可包括改变、变更、修改等，如本领域技术人员应理解的那样，无论是否明确描述或以其它方式将被本领域技术人员理解。

如图1a-1b所示，飞机101可包括中心翼盒下方的一个或多个隔舱103。隔舱103可包含和/或支撑飞机101的一个或多个组件。例如，在一些构造中，飞机101可包括隔舱103内的环境控制系统。如图1b所示，隔舱103包括能够安装并进入一个或多个组件（例如，环境控制系统）的舱门105。在环境控制系统的操作期间，飞机101外部的空气可通过一个或多个冲压空气入口107流入舱门105内的一个或多个环境控制系统中。然后空气可流过环境控制系统以被处理并供应至飞机101内的各种组件或位置（例如，客舱等）。一些空气可通过一个或多个冲压排气出口109排出。

现在转到图2a-2b，示出根据本公开的实施方案的环境控制系统200。环境控制系统200包括由一个或多个管道206a、206b、206c可操作连接的冲压模块202和制冷模块204。图2a示出环境控制系统200的第一透视图且图2b示出环境控制系统200的第二透视图。图2a-2b的环境控制系统200仅用于说明和解释目的，并且本领域技术人员应理解，本公开的各种实施方案可配置有不同类型的环境控制系统和/或环境控制系统的不同配置，且因此本讨论和相关联的图示不旨在进行限制。

如图2a-2b所示，冲压模块202包括主热交换器208a和次热交换器208b。热交换器208a、208b被构造为接收冲压空气a冲压和放出空气a放气以调节冲压模块202内的空气。冲压模块202还包括冲压出口集管210和冲压排气集管212。一个或多个冲压风扇214可位于集管210、212之间。来自冲压模块202的空气可通过管道206a、206b、206c至或自制冷模块204传送。

制冷模块204包括冷凝器热交换器216和一个或多个空气循环机218。冷凝器热交换器216可由第一管道206a流体连接至第二热交换器208b，所述第一管道可将热空气供应至冷凝器热交换器216。空气循环机218可连接至热交换器208a、208b中的一个或两个，如图所示。再循环空气a再循环可被供应至来自空气循环机218的涡轮机出口空气并与其混合，如图2a所示。

冷凝器热交换器216被构造为调节空气以将相对较冷空气或冷空气a机舱供应至飞机的机舱。因此，冷凝器热交换器216包括出口集管220。通过管道206a供应至冷凝器热交换器216的热空气被供给至冷凝器热交换器216的入口集管222中。

如图2a-2b所示，冲压风扇214和空气循环机218是分离的。这样的构造使得环境控制系统200能够被分离为冲压模块202和制冷模块204。如图所示，冲压模块202包括冲压风扇214。在一些实施方案中，冲压风扇214可被构造为作为双电动冲压风扇，其可提供所需的冲压冷却性能和冗余。冲压机风扇214可单独或同时操作，以实现冲压流的控制和变化。在不脱离本公开的范围的情况下，可使用固定速度风扇、双速度风扇或可变速度风扇。因此，与单个大体积相比，环境控制系统200可安装在飞机上的两个分离体积中（例如，安装在两个分离隔舱中）。

例如，现在转到图3，示出根据本公开的实施方案的环境控制系统300的示意图。环境控制系统300可类似于图2a-2b中所示和所述的环境控制系统，因此将不再描述相同特征。

环境控制系统300包括冲压模块302和制冷模块304。在一些构造中，当安装在飞机上时，冲压模块302可安装在飞机的右手侧，且因此通过第一舱门，制冷模块304可安装在飞机的左手侧，且通过第二舱门。在图3中，飞机中心线311被指示为将冲压模块302与制冷模块304分离。

冲压模块302由一个或多个管道306a、306b、306c可操作地连接至制冷模块304。环境控制系统300包括主热交换器308a和次热交换器308b，主热交换器和次热交换器分别接收放出空气a放气和冲压空气a冲压，以调节冲压模块302内的空气。一个或多个冲压机风扇314被构造为帮助从冲压模块302排出冲压排气a冲压_排气。

如图所示，制冷模块304包括冷凝器热交换器316和串联空气循环机318a、318b。串联空气循环机318a、318b中的每个都包括相应的压缩机324a、324b和相应的涡轮机326a、326b。串联空气循环机318a、318b可形成串联空气循环机模块328，如图3中的虚线框所示。串联空气循环机模块328可包括两个空气循环机（例如，318a、318b），这两个空气循环机可操作地连接至集中式歧管，如本文所述，并且因此形成紧凑组合的组件。虽然本文中示出并描述了两个空气循环机318a、318b，但是本领域技术人员应理解，本公开的实施方案可应用于两个、三个或四个轮串联空气循环机。如图所示，集水器329被构造为从冷凝器316的空气中提取水分，并将调节的空气供应至空气循环机318a、318b。示意地示出空气循环机隔离阀332，其被构造为操作并控制流体流入空气循环机318a、318b中的一个或两个中。

现在转到图4a-4b，示出根据本公开的实施方案的串联空气循环机模块428的示意图。图4a示出所组装的串联空气循环机模块428，且图4b以部分分解图示出串联空气循环机模块428。

如图4a所示，串联空气循环机模块428包括第一空气循环机418a和第二空气循环机418b。空气循环机418a、418b包括相应的压缩机424a、424b和相应的涡轮机426a、426b。如图所示，第一和第二空气循环机418a、418b由中心结构歧管430可操作地连接。如本文所述，隔离阀432可被构造在结构歧管430内，并且被构造为使空气流入空气循环机418a、418b中的一个或两个中。

此外，如图4a所示，串联空气循环机模块428包括一个或多个隔振器434，所述隔振器被构造为能够将串联空气循环机模块428安装至飞机并且为串联空气循环机模块428提供防振。

如图4b所示，第二空气循环机418b被示出与结构歧管430分离。在图4b的分解图中，示出空气循环机418b和结构歧管430之间的连接。空气循环机418b包括两个acm连接器436，且结构歧管430包括两个对应的歧管连接器438。连接器436、438可由固定机构440固定。固定机构440可以是c形夹、d形夹、法兰、紧固件或用于将组件固定在一起的其它装置或结构。在一些实施方案中，固定机构可形成为相应连接器436、438之间的过盈配合。

现在转到图5a-5b，示出根据本公开的实施方案的结构歧管530的分解图和示意图。结构歧管530包括空气循环机隔离阀532，该空气循环机隔离阀被构造为控制气流从集水器流至串联空气循环机模块的一个或两个空气循环机。空气可在歧管入口542处进入结构歧管530。结构歧管530内的空气可通过第一压缩机出口544a、第二压缩机出口544b、第一涡轮机入口546a、第二涡轮机入口546b或压缩机出口547被引导至第一空气循环机。如本领域技术人员应理解，第一压缩机出口544a和第一涡轮机入口546a可流体地连接至第一空气循环机，且第二压缩机出口544b和第二涡轮机入口546b可流体地连接至第二空气循环机（例如，如上所示和所述）。

隔离阀532被构造在歧管530内且包括闸门548、盖550、致动器552和紧固机构554。致动器552安装至盖550并且被构造为控制（例如，旋转、打开/关闭等）闸门548。如图所示，紧固机构554包括多个紧固件，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本公开的范围的情况下可使用任何类型的紧固。例如，在一些实施方案中，紧固机构可通过焊接、粘合剂、过盈配合等实现。隔离阀532的闸门548是可移动或可致动的，以选择地阻塞流过涡轮机入口546a、546b。如图5a-5b的实施方案中所示，闸门548可旋转地安装在盖550上和歧管530内。

闸门548的第一位置（如由致动器552所控制）可以是使得第一涡轮机入口546a和第二涡轮机入口546b都不被阻塞的位置。即，在第一位置，气流可流入串联空气循环机模块的第一涡轮机和第二涡轮机两者。在第二位置，闸门548移动或定位为阻塞第二涡轮机入口546b，并允许流体流过第一涡轮机入口546a。在第三位置，闸门548移动或定位为阻塞第一涡轮机入口546a，并允许流体流过第二涡轮机入口546b。

如图5a-5b所示，结构歧管530可包括一个或多个安装垫556。安装垫556被构造为使得结构歧管530能够安装至飞机或其它结构。在一些实施方案中，安装垫556可被构造为安装或接收隔振器，所述隔振器然后用于安装至飞机或其它结构。

现在转到图6a-6c，示出根据本公开的实施方案的隔离阀632的第一、第二和第三位置。图6a示出处于第一位置的隔离阀632，图6b示出处于第二位置的隔离阀632，且图6c示出处于第三位置的隔离阀632。图6a-6c的隔离阀632类似于以上所示和所述的隔离阀。即，隔离阀632被构造在第一空气循环机618a和第二空气循环机618b之间的串联空气循环机模块628内。隔离阀632被构造在结构歧管630内并且成为其一部分，并且可操作来控制从歧管入口642流入并通过第一涡轮机入口646a和第二涡轮机入口646b。歧管630的第一和第二涡轮机入口646a、646b是进入串联空气循环机模块628的相应的第一空气循环机618a和第二空气循环机618b的第一涡轮机626a和第二涡轮机626b的流体通道。

如图所示，图6a示出处于第一位置的隔离阀632。如图所示，阀门648被构造为使得其不阻塞或以其它方式阻挡流过第一涡轮机入口646a或第二涡轮机入口646b中的任一个的流体。该流动由图6a中的箭头示出，其中从入口642流动进入歧管630并流入第一涡轮机626a和第二涡轮机626b两者中。

图6b示出处于第二位置的隔离阀632，其中闸门648被构造并定位为阻塞流入第二涡轮机626b并覆盖或阻挡第二涡轮机入口646b。如图6b所示，箭头示出流体流动路径，并且具体示出空气流仅通过第一涡轮机入口646a被传送至第一涡轮机626a中。

图6c示出处于第三位置的隔离阀632，其中闸门648被构造并定位为阻塞流入第一涡轮机626a并覆盖或阻挡第一涡轮机入口646a。如图6c所示，箭头示出流体流动路径，并且具体示出空气流仅通过第二涡轮机入口646b被传送至第二涡轮626b中。

现在转到图7，示出根据本公开的实施方案的串联空气循环机模块的结构歧管730的横截面图。结构歧管730可类似于以上所示和所述的结构歧管，并且包括允许流体流入歧管730的歧管入口742。然后，流体可通过第一涡轮机入口746a离开歧管730（基于横截面图未示出第二涡轮机入口）。此外，如图所示，结构歧管730包括第一压缩机出口744a和第二压缩机入口744b，空气可通过该出口和入口流过压缩机出口747。图7还示出可为歧管730提供结构完整性和/或稳定性的隔板758。此外，如图所示，隔板758可包括整体形成于其中的阀支撑件760。阀支撑件760可接收隔离阀的一部分（例如，阀的闸门的一部分）。

有利地，本文所述的实施方案提供串联空气循环机模块，其具有两个空气循环机和集中式歧管的以形成紧凑组合的组件。各种实施方案可应用于例如两个、三个或四个轮串联空气循环机。在一些实施方案中，隔离阀可集成到集中式歧管中并控制空气流进入一个或多个连接的空气循环机。根据本公开的一些实施方案，中心共享歧管可通过耦接涡轮机入口和压缩机出口连接来简化系统管道布置。此外，在一些实施方案中，多个安装点可简化至飞机的附接，同时便于移除和更换串联空气循环机模块的各个空气循环机。即，本文提供的实施方案实现了模块和分离系统，其中可在维护操作期间单独地移除和/或更换各个部件或组件。此外，在一些实施方案中，隔振器可限制结构承载噪声传递至机身以及传递至串联空气循环机模块的空气循环机的外部负载。

除非本文另有说明或与上下文明确矛盾，否则在说明书的上下文中（特别是在所附权利要求的上下文中）术语“一个”、“所述”以及类似引用的使用被解释为涵盖单数和复数。结合数量使用的修饰语“约”包括所述值，并具有上下文所规定的含义（例如，其包括与特定量的测量相关联的误差程度）。本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。应理解，诸如“向前”、“向后”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”等的相对位置术语是参考正常操作姿态且不应被认为以其它方式限制。

虽然仅结合有限数量的实施方案详细描述了本公开，但是应容易地理解，本公开不限于这样公开的实施方案。相反，可修改本公开以合并此前未描述但与本公开的范围相当的任何数量的变型、改变、替代、组合、子组合或等效布置。此外，虽然已经描述了本公开的各种实施方案，但是应理解，本公开的各方面可仅包括所描述的实施方案中的一些。

例如，虽然示出并描述关于具有两个空气循环机的串联空气循环机模块，但是各种其它串联空气循环机模块也可采用本公开的实施方案。例如，本文提供的实施方案可以应用于两个、三个或四个轮串联空气循环机。

因此，本公开不被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。