本發(fā)明涉及飛機空調(diào)系統(tǒng)和操作飛機空調(diào)系統(tǒng)的方法。

背景技術：

在商用飛機中，諸如例如在de102008053320b4和us8,333,078b2或ep2651763a2和us2013/269374a1中描述的所謂的空氣支持空調(diào)系統(tǒng)目前通常用于對飛機機艙進行空氣調(diào)節(jié)。飛機空調(diào)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)和維持飛機機艙中的期望壓力、期望溫度和期望空氣濕度。此外，飛機空調(diào)系統(tǒng)向飛機機艙供應足夠的新鮮空氣，以確保在飛機機艙中存在規(guī)定的最少量的新鮮空氣。

空氣支持飛機空調(diào)系統(tǒng)通常包括空調(diào)單元，壓縮的過程空氣從飛機的發(fā)動機、單獨的壓縮機或輔助發(fā)動機(apu，輔助動力單元)供應到該空調(diào)單元。在飛機的飛行模式中，發(fā)動機引氣主要用于向飛機空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)單元供應壓縮的過程空氣。另一方面，在飛機的地面操作中，壓縮的過程空氣通常從輔助動力單元或飛機外部的空氣生產(chǎn)單元供應到飛機空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)單元。在空調(diào)單元中，過程空氣在流動通過至少一個熱交換器單元和各種壓縮和膨脹單元時被冷卻和膨脹。從空調(diào)單元排出的冷卻的過程空氣最終被引導到混合室中并在那里與從待進行空氣調(diào)節(jié)的飛機區(qū)域帶走的再循環(huán)空氣混合。來自混合室的混合空氣通過相應的混合空氣管線被引導到待空氣調(diào)節(jié)的飛機區(qū)域中，該飛機區(qū)域其可以是客艙、飛行員座艙、貨艙、乘務員休息室等的形式。

de102010034830a1和wo2012/022758a1描述了一種飛機空調(diào)系統(tǒng)，其中從飛機的發(fā)動機獲取的壓縮的過程空氣通過向流動通過冷卻回路的冷卻劑的熱傳遞而被冷卻。用于在壓縮的過程空氣被供應到飛機機艙之前使壓縮的過程空氣膨脹的渦輪機被用于驅(qū)動布置在冷卻回路中的壓縮機。

從ep2821346a1和us2015/013355a1中已知一種飛機空調(diào)系統(tǒng)，其包括適于供環(huán)境空氣流動通過的環(huán)境空氣供應管線。連接到環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣冷卻設備被配置用以冷卻流動通過環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣。飛機空調(diào)系統(tǒng)還包括連接到環(huán)境空氣冷卻設備并且可連接到飛機機艙的環(huán)境空氣排放管線和適于供壓縮空氣流動通過的用于壓縮引氣的供應管線。用于壓縮空氣的冷卻設備連接到用于壓縮引氣的供應管線，并且被配置用以冷卻流動通過用于壓縮引氣的供應管線的壓縮空氣。用于壓縮空氣的排放管線被連接到用于壓縮空氣的冷卻設備，并且可連接到飛機機艙。制冷設備包括制冷劑回路，其適于供兩相制冷劑流動通過，并且被配置用以在兩相制冷劑流過制冷劑回路時將該兩相制冷劑從液體聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)換成氣體聚集狀態(tài)，然后再從氣體聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)換回到液體聚焦狀態(tài)，其中制冷設備的制冷劑回路被配置用以將冷卻能量供應到環(huán)境空氣冷卻設備和用于壓縮空氣的冷卻設備。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種飛機空調(diào)系統(tǒng)，其能夠以各種操作狀態(tài)靈活地操作，并且有利于對飛機機艙進行能量有效且節(jié)省燃料的空氣調(diào)節(jié)。本發(fā)明的目的還在于說明一種操作這種飛機空調(diào)系統(tǒng)的方法。

該目的通過具有以下特征的飛機空調(diào)系統(tǒng)以及操作飛機空調(diào)系統(tǒng)的方法實現(xiàn)。

飛機空調(diào)系統(tǒng)包括適于供環(huán)境空氣流動通過的環(huán)境空氣供應管線。飛機空調(diào)系統(tǒng)還包括環(huán)境空氣冷卻設備，該環(huán)境空氣冷卻設備連接到環(huán)境空氣供應管線并且被配置用以冷卻流動通過環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣。

例如，環(huán)境空氣冷卻設備可以包括熱交換器。環(huán)境空氣排放管線連接到環(huán)境空氣冷卻設備并且能連接到飛機機艙。由環(huán)境空氣冷卻設備冷卻的環(huán)境空氣因此可以經(jīng)由環(huán)境空氣排放管線被引導到飛機機艙中。

飛機空調(diào)系統(tǒng)還包括適于供壓縮的過程空氣流動通過的過程空氣供應管線。過程空氣供應管線可以是能連接到配備有飛機空調(diào)系統(tǒng)的飛機的發(fā)動機或輔助動力單元。由此，可以向過程空氣供應管線供應從發(fā)動機或輔助動力單元獲取的引氣(bleedair)。然而，作為對此的替代，過程空氣供應管線也可以是能連接到獨立于飛機的發(fā)動機或輔助動力單元形成的壓縮機，該壓縮機將壓縮的過程空氣供應到過程空氣供應管線。將壓縮的過程空氣供應到過程空氣供應管線可以由布置在過程空氣供應管線中的閥控制。

過程空氣冷卻設備被連接到過程空氣供應管線，并且被配置用以對流動通過過程空氣供應管線的壓縮的過程空氣進行冷卻。類似于環(huán)境空氣冷卻設備，該過程空氣冷卻設備也可以包括熱交換器。過程空氣排放管線連接到過程空氣冷卻設備，并且能連接到飛機機艙。由過程空氣冷卻設備冷卻的過程空氣因此可以經(jīng)由過程空氣排放管線被引導到飛機機艙中。

飛機空調(diào)系統(tǒng)的制冷設備包括制冷劑回路，該制冷劑回路適于供制冷劑流動通過并被熱聯(lián)接到環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備，以便將來自環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備的熱能傳遞到在制冷劑回路中循環(huán)的制冷劑。因此，流動通過環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣和流動通過過程空氣供應管線的過程空氣通過向在制冷設備的制冷劑回路中循環(huán)的制冷劑散發(fā)熱能而被冷卻，從而配備有飛機空調(diào)系統(tǒng)的飛機的機艙可以在飛機空調(diào)系統(tǒng)的正常操作中被提供經(jīng)冷卻的過程空氣和經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣。因此，可以減少為確保飛機空調(diào)系統(tǒng)的適當空氣調(diào)節(jié)所需的經(jīng)冷卻的過程空氣的量。特別地，當流動通過過程空氣供應管線的過程空氣由飛機的發(fā)動機或輔助動力單元提供時，這使得可以減少飛機的燃料消耗。還可以通過向飛機機艙供應經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣來保證足夠的新鮮空氣被供應到飛機機艙。

在制冷設備的制冷劑回路中循環(huán)的制冷劑優(yōu)選為兩相制冷劑，其在流動通過制冷劑回路時在獲取環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備的熱能時從液體聚焦狀態(tài)轉(zhuǎn)換成氣體聚集狀態(tài)，然后通過制冷設備的制冷劑回路中的適當壓力和溫度控制而從氣體聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)換回到液體聚焦狀態(tài)。例如，r134a(ch2f-cf3)、co2或r245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)可以作為兩相制冷劑在制冷設備的制冷劑回路中循環(huán)。因此，用于冷卻環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備的冷卻過程優(yōu)選地實現(xiàn)為冷蒸氣過程，其特征在于高能量效率。

環(huán)境空氣冷卻設備可以形成為制冷劑蒸發(fā)器的形式，其在流動通過環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣與在制冷設備的制冷劑回路中循環(huán)的制冷劑之間產(chǎn)生熱聯(lián)接。然后，可以通過將將熱能傳遞到制冷劑來冷卻環(huán)境空氣，其中制冷劑在從環(huán)境空氣冷卻設備中的環(huán)境空氣獲取熱能時從液體聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)換成氣體聚集狀態(tài)。另外或替代地，過程空氣冷卻設備也可以形成為制冷劑蒸發(fā)器的形式，其在流動通過過程空氣供應管線的過程空氣與在制冷設備的制冷劑回路中循環(huán)的制冷劑之間產(chǎn)生熱聯(lián)接。然后，可以通過將熱能傳遞到制冷劑來冷卻過程空氣，其中在從過程空氣冷卻設備中的過程空氣獲取熱能時，制冷劑從液體聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)換成氣體聚集狀態(tài)。

環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備優(yōu)選地彼此并行地聯(lián)接到制冷設備的制冷劑回路。特別地，環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備可以彼此并行地布置在制冷設備的制冷劑回路中。除了環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備之外，制冷劑壓縮機、冷凝器、制冷劑收集器和/或膨脹閥可以布置在制冷設備的制冷劑回路中。

制冷劑壓縮機可以例如形成為離心式壓縮機的形式。冷凝器優(yōu)選地熱聯(lián)接到?jīng)_壓空氣管道，使得熱能可以從冷凝器傳遞到流動通過沖壓空氣管道的沖壓空氣。例如，冷凝器可以形成為以布置在沖壓空氣管道中的熱交換器的形式。制冷劑收集器優(yōu)選地被布置在制冷設備的制冷劑回路中在制冷劑冷凝器的下游，并且用于臨時存儲以液體聚焦狀態(tài)從冷凝器排出的制冷劑。環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備優(yōu)選地在制冷設備的制冷劑回路中布置在膨脹閥的下游。術語“下游”在這里是指通過制冷設備的制冷劑回路的制冷劑的流動方向。

最后，飛機空調(diào)系統(tǒng)包括從過程空氣排放管線分支出的旁通管線。旁通管線被配置為至少在飛機空調(diào)系統(tǒng)的一些操作階段將流動通過過程空氣排放管線的經(jīng)冷卻的過程空氣排放到飛機周圍環(huán)境中。飛機空調(diào)系統(tǒng)因此可以以混合空氣模式操作，在該混合空氣模式中，飛機機艙被供應經(jīng)冷卻的過程空氣和經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣。如果期望或必要的話，即如果在飛機空調(diào)系統(tǒng)的一些操作階段中沒有過程空氣被從過程空氣排放管線引導到飛機機艙中，飛機空調(diào)系統(tǒng)也可以以純環(huán)境空氣模式操作，然而，在純環(huán)境空氣模式中，沒有來自過程空氣排放管線的過程空氣，而是僅來自環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣被供應到飛機機艙。在純環(huán)境空氣模式中，來自過程空氣排放管線的全部過程空氣經(jīng)由旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中。這有利于飛機空調(diào)系統(tǒng)的特別靈活的操作。

原則上，過程空氣排放管線可以是能夠直接連接到飛機機艙，以將流動通過過程空氣排放管線的過程空氣直接引導到飛機機艙中。然而，過程空氣排放管線優(yōu)選地能夠經(jīng)由混合室連接到飛機機艙，在混合室中，過程空氣與取自飛機機艙的再循環(huán)空氣混合。以類似的方式，環(huán)境空氣排放管線可以是能夠直接連接到飛機機艙，以便將流動通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣直接引導到飛機機艙中。然而，環(huán)境空氣排放管線優(yōu)選地能夠經(jīng)由混合室連接到飛機機艙，在混合室中，來自環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣與取自飛機機艙的再循環(huán)空氣混合，并且如果適用，與來自過程空氣排放管線的空氣混合。

如果經(jīng)冷卻的過程空氣和經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣被供應到混合室，即飛機空調(diào)系統(tǒng)以混合空氣模式操作，則過程空氣和環(huán)境空氣在混合室中與來自飛機機艙的再循環(huán)空氣混合。然后飛機機艙被供應由經(jīng)冷卻的過程空氣、經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣和再循環(huán)空氣組成的混合空氣。另一方面，如果沒有過程空氣而是僅經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣被供應到混合室，即飛機空調(diào)系統(tǒng)以純環(huán)境空氣模式操作，則環(huán)境空氣在混合室中與來自飛機機艙的再循環(huán)空氣混合。然后飛機機艙被供應由經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣和再循環(huán)空氣組成的混合空氣。

飛機空調(diào)系統(tǒng)的控制裝置優(yōu)選地被配置用以根據(jù)過程空氣源的操作狀態(tài)和/或根據(jù)流動通過過程空氣排放管線的經(jīng)冷卻的過程空氣的組成來控制通過旁通管線的過程空氣流。例如，控制裝置可以被配置為，如果例如通過合適的傳感器檢測到過程空氣源的故障，則將流動通過過程空氣排放管線的經(jīng)冷卻的過程空氣經(jīng)由旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中。替代地或除此之外，控制裝置可以被配置為，如果過程空氣不具有期望的組成，則將流動通過過程空氣排放管線的經(jīng)冷卻的過程空氣經(jīng)由旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中。

特別地，控制裝置可以被配置為以如下方式控制通過旁通管線的過程空氣流，即如果過程空氣的質(zhì)量參數(shù)超過閾值，則將流動通過過程空氣排放管線的經(jīng)冷卻的過程空氣經(jīng)由旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中。過程空氣的質(zhì)量參數(shù)可以是例如包含在過程空氣中的物質(zhì)的極限值，該極限值不應被超過。過程空氣的質(zhì)量參數(shù)可以例如通過布置在過程空氣供應管線和/或過程空氣排放管線中的合適的傳感器被確定。通過以這種方式控制飛機空調(diào)系統(tǒng)的操作，確保了不適于供應到飛機機艙的過程空氣不會到達飛機機艙。

用于控制通過旁通管線的過程空氣流的旁通閥可以布置在旁通管線中。旁通閥的操作可以由飛機空調(diào)系統(tǒng)的控制裝置控制。旁通閥可以實現(xiàn)為具有可變流動橫截面的閥的形式。在旁通閥的完全打開狀態(tài)下，流動通過過程空氣排放管線的全部過程空氣優(yōu)選地經(jīng)由旁通管線被引導離開而進入飛機周圍環(huán)境。在旁通閥的完全關閉狀態(tài)下，流動通過過程空氣排放管線的全部過程空氣優(yōu)選地被引導到飛機機艙中。

最后，旁通閥也可以在控制裝置的控制下部分地打開，使得流動通過過程空氣排放管線的過程空氣的一部分可以被引導到飛機機艙中，并且流動通過過程空氣排放管線的過程空氣的剩余部分可以排放到飛機周圍環(huán)境中。例如，如果過程空氣的質(zhì)量參數(shù)確實超過閾值，但是由過程空氣和環(huán)境空氣組成的混合空氣適合于供應到飛機機艙，則可以考慮部分打開旁通閥，這通過將過程空氣的未經(jīng)由旁通管線引導離開的部分與來自環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣適當?shù)鼗旌蟻韺崿F(xiàn)。

從過程空氣排放管線分支出的旁通管線可以開通到?jīng)_壓空氣管道中。例如，旁通管線可以開通到?jīng)_壓空氣管道中，制冷設備的制冷劑冷凝器也布置在沖壓空氣管道中。由此，可以避免在配備有飛機空調(diào)系統(tǒng)的飛機的外蒙皮中提置附加空氣出口。

飛機空調(diào)系統(tǒng)還可以包括布置在過程空氣排放管線中的脫水器。脫水器可以在過程空氣排放管線中布置在過程空氣冷卻設備的下游，其中術語“下游”在這里是指過程空氣通過過程空氣排放管線的流動方向。例如可以實現(xiàn)為高壓分離器的形式的脫水器可以用于在通過過程空氣冷卻設備的流動中從經(jīng)冷卻的過程空氣流分離水。由脫水器從過程空氣流分離的液態(tài)水可以被引導到?jīng)_壓空氣管道中，以便隨流動通過沖壓空氣管道的沖壓空氣排放到飛機周圍環(huán)境中。

熱交換器也可以布置在過程空氣排放管線中，該熱交換器用于將來自特別是在脫水器下游流動通過過程空氣排放管線的過程空氣的額外的熱能傳遞到在過程空氣冷卻設備的上游流動通過該過程空氣供應管線的過程空氣。術語“下游”和“上游”在這里是指過程空氣通過過程空氣排放管線和過程空氣供應管線的流動方向。

最后，過程空氣渦輪機可以布置在過程空氣排放管線中。過程空氣渦輪機優(yōu)選地在過程空氣排放管線中布置在熱交換器的下游。術語“下游”在這里是指過程空氣通過過程空氣排放管線的流動方向。流動通過過程空氣排放管線的過程空氣在過程空氣渦輪機中膨脹。過程空氣渦輪機優(yōu)選地聯(lián)接到制冷設備的制冷劑壓縮機，以便驅(qū)動制冷設備的制冷劑壓縮機。

旁通管線優(yōu)選地在過程空氣渦輪機的下游從過程空氣排放管線分支出。術語“下游”在這里同樣指過程空氣通過過程空氣排放管線的流動方向。由此，如果流動通過過程空氣排放管線的過程空氣經(jīng)由旁通管線在過程空氣渦輪機下游排放到飛機周圍環(huán)境中，則流動通過過程空氣排放管線的過程空氣的全部能量然后可以用于驅(qū)動過程空氣渦輪機且因此驅(qū)動制冷設備的制冷劑壓縮機。

在環(huán)境空氣排放管線和飛機機艙或混合室之間可以存在直接連接。然而，環(huán)境空氣排放管線優(yōu)選地在混合室或者飛機機艙的上游開通到過程空氣排放管線中，使得經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣可以從環(huán)境空氣排放管線經(jīng)由過程空氣排放管線被引導到混合室或飛機機艙。環(huán)境空氣排放管線可以包括第一環(huán)境空氣排放管線分支，其可以在過程空氣渦輪機的上游且特別在脫水器的上游開通到過程空氣排放管線中。此外，環(huán)境空氣排放管線可以包括第二環(huán)境空氣排放管線分支，其可以在過程空氣渦輪機的下游開通到過程空氣排放管線。術語“上游”和“下游”在這里是指過程空氣通過過程空氣排放管線的流動方向。流動通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣可以經(jīng)由第一環(huán)境空氣排放管線分支供應到過程空氣排放管線的高壓區(qū)域。與此相反，第二環(huán)境空氣排放管線分支用于將來自環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣引導到過程空氣排放管線的低壓區(qū)域中。

在裝備有飛機空調(diào)系統(tǒng)的飛機的飛行模式中，首先流動通過環(huán)境空氣供應管線、接著流動通過環(huán)境空氣冷卻設備且隨后流動通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣的壓力根據(jù)飛機的飛行高度而變化。具有開通到過程空氣排放管線的高壓區(qū)域中的第一環(huán)境空氣排放管線分支和開通到過程空氣排放管線的低壓區(qū)域中的第二環(huán)境空氣排放管線分支的上述環(huán)境空氣排放管線的設計，使得可以在將環(huán)境空氣供應到過程空氣排放管線時考慮到環(huán)境空氣的這種變化的壓力。

飛機空調(diào)系統(tǒng)的控制裝置可以被配置為根據(jù)流動通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣的壓力來控制環(huán)境空氣到第一環(huán)境空氣排放管線分支和第二環(huán)境空氣排放管線分支的分配。特別地，控制裝置可以被配置為：如果流動通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣的壓力超過閾值，則將環(huán)境空氣經(jīng)由第一環(huán)境空氣排放管線分支引導到過程空氣排放管線的高壓區(qū)域中。相應地，控制裝置可以被配置為：如果流動通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣的壓力低于閾值，則將環(huán)境空氣經(jīng)由第二環(huán)境空氣排放管線分支引導到過程空氣排放管線的低壓區(qū)域中。

控制裝置還可以被配置為以如下方式控制通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣流，即環(huán)境空氣的第一部分經(jīng)由第一環(huán)境空氣排放管線分支被引導到過程空氣排放管線的高壓區(qū)域中，而流動的環(huán)境空氣的第二部分經(jīng)由第二環(huán)境空氣排放管線分支被引導到過程空氣排放管線的低壓區(qū)域中。引導到第一環(huán)境空氣排放管線分支中的環(huán)境空氣體積流量和被引導到第二環(huán)境空氣排放管線分支中的環(huán)境空氣體積流量之間的比率可以由控制裝置根據(jù)流動通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣的壓力來控制。為了控制向第一環(huán)境空氣排放管線分支和第二環(huán)境空氣排放管線分支的環(huán)境空氣供應，可以在環(huán)境空氣排放管線中布置可以具有可變的流動橫截面的合適的閥，特別是三通閥。

第二環(huán)境空氣排放管線分支優(yōu)選地不僅在過程空氣渦輪機的下游而且在旁通管線從過程空氣排放管線的分支處的下游開通到過程空氣排放管線中。術語“下游”在這里也是指過程空氣通過空氣排放管線的流動方向。如果流動通過過程空氣排放管線的過程空氣流、即流動通過過程空氣排放管線的過程空氣的至少一部分不旨在到達飛機機艙，而是經(jīng)由旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中，則通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣流優(yōu)選地由控制裝置以如下方式控制，即全部環(huán)境空氣在旁通管線從過程空氣排放管線的分支處的下游經(jīng)由第二環(huán)境空氣排放管線分支被引導到過程空氣排放管線中。由此，確保了環(huán)境空氣不與過程空氣一起經(jīng)由旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中。

另一閥優(yōu)選地布置在過程空氣排放管線中在旁通管線從過程空氣排放管線的分支處和第二環(huán)境空氣排放管線分支通向過程空氣排放管線的開口之間，該另一閥可以例如由飛機空調(diào)系統(tǒng)的控制裝置以與布置在旁通管線中的旁通閥同步的方式控制，以便控制通過旁通管線的過程空氣流。該另一閥可以具有可變的流動橫截面。

特別地，布置在過程空氣排放管線中在旁通管線從過程空氣排放管線的分支處和第二環(huán)境空氣排放管線分支通向過程空氣排放管線中的開口之間的另一閥可以在旁通閥打開時關閉。由此，可以確保流動通過過程空氣排出管線的全部經(jīng)冷卻的過程空氣被排放到飛機周圍環(huán)境中，而只有經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣到達飛機機艙。進一步阻止環(huán)境空氣經(jīng)由旁通管線逸出到飛機周圍環(huán)境中。如果僅流動通過過程空氣排放管線的過程空氣的一部分將經(jīng)由旁路管線排放到飛機周圍環(huán)境中，則另一閥也可以部分打開使得期望的過程空氣體積流量可以通過該另一閥。

環(huán)境空氣壓縮機可以布置在環(huán)境空氣供應管線中，用以壓縮流動通過環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣。環(huán)境空氣壓縮機可以形成為離心式壓縮機的形式。在飛機空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，環(huán)境空氣壓縮機被聯(lián)接到過程空氣渦輪機，以便能夠由過程空氣渦輪機驅(qū)動環(huán)境空氣壓縮機。例如，制冷劑壓縮機、環(huán)境空氣壓縮機和過程空氣渦輪機可以布置在共同的軸上。

環(huán)境空氣預冷器也可以布置在環(huán)境空氣供應管線中，其用以在環(huán)境空氣供應到環(huán)境空氣冷卻設備之前預冷卻流動通過環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣。環(huán)境空氣預冷器優(yōu)選地熱聯(lián)接到?jīng)_壓空氣管道并且特別地布置在沖壓空氣管道中，制冷設備的制冷劑冷凝器也設置在沖壓空氣管道中。環(huán)境空氣預冷器可以形成為熱交換器的形式。

過程空氣預冷器可以布置在過程空氣供應管線中，其用以在通過過程空氣供應管線的過程空氣流供應到過程空氣冷卻設備之前預冷該過程空氣。過程空氣預冷器優(yōu)選地熱聯(lián)接到?jīng)_壓空氣管道并且特別地布置在沖壓空氣管道中，制冷設備的制冷劑冷凝器和環(huán)境空氣預冷器也放置在沖壓空氣管道中。如同環(huán)境空氣預冷器，過程空氣預冷器也可以形成為熱交換器的形式。相對于沖壓空氣通過沖壓空氣管道的流動方向，制冷設備的制冷劑冷凝器優(yōu)選地在沖壓空氣管道中布置在環(huán)境空氣預冷器的上游。另一方面，環(huán)境空氣預冷器優(yōu)選地放置在過程空氣預冷器的上游。

在配備有飛機空調(diào)系統(tǒng)的飛機的飛行模式中，在沖壓空氣管道的入口的區(qū)域中積累的沖壓壓力確保了沖壓空氣到?jīng)_壓空氣管道中的足夠供應。為了確保在飛行器的地面操作中足夠的空氣流通過沖壓空氣管道，例如形成為風扇的傳送裝置可以定位在沖壓空氣管道中。傳送裝置優(yōu)選地在沖壓空氣管道中布置在過程空氣預冷器的下游，其中術語“下游”在這里是指沖壓空氣通過沖壓空氣管道的流動方向。

旁通管線優(yōu)選地在布置在沖壓空氣管道中的制冷劑冷凝器、布置在沖壓空氣管道中的環(huán)境空氣預冷器和/或布置在沖壓空氣管道中的過程空氣預冷器的下游開通到?jīng)_壓空氣管道中。另外或替代地，旁通管線也可以在布置在沖壓空氣管道中的傳送裝置的下游開通到?jīng)_壓空氣管道中，其中術語“下游”在此同樣指沖壓空氣通過沖壓空氣管道的流動方向。由此，確保了流動通過沖壓空氣管道的沖壓空氣對于布置在沖壓空氣管道中的部件的冷卻不會由于來自旁通管線的過程空氣的供應被不利地影響。

環(huán)境空氣供應管線通?？梢灾苯舆B接到飛機周圍環(huán)境。例如，可以在裝備有飛機空調(diào)系統(tǒng)的飛機的外蒙皮中提供合適的開口，通過該開口可以將環(huán)境空氣供應到環(huán)境空氣供應管線。還可以想到的是，環(huán)境空氣供應管線從沖壓空氣管道分支出。然而，環(huán)境空氣供應管線的一個入口端優(yōu)選地連接到斗式入口(scoopinlet)。經(jīng)由該斗式入口，可以在飛機的飛行模式從位于沿著飛機的外蒙皮建立的邊界層之上的空氣層獲取環(huán)境空氣。由此，由對飛機空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)境空氣供應引起的空氣動力損失可以被最小化。如果需要或必要，可以提供多個斗式入口，用以將環(huán)境空氣供應到飛機空調(diào)系統(tǒng)。

在飛機空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，應急新鮮空氣供應管線從環(huán)境空氣供應管線分支出。由此，可以避免提供額外的應急沖壓空氣入口(erai)，從而便于飛機的空氣動力損失的進一步最小化。

在操作飛機空調(diào)系統(tǒng)的方法中，環(huán)境空氣被引導通過環(huán)境空氣供應管線。流動通過環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣由連接到環(huán)境空氣供應管線的環(huán)境空氣冷卻設備冷卻。由環(huán)境空氣冷卻設備冷卻的環(huán)境空氣被引導通過環(huán)境空氣排放管線，該環(huán)境空氣排放管線可連接到飛機機艙，以便將由環(huán)境空氣冷卻設備冷卻的環(huán)境空氣引導到飛機機艙中。壓縮的過程空氣被引導通過過程空氣供應管線。流動通過過程空氣供應管線的過程空氣由連接到過程空氣供應管線的過程空氣冷卻設備冷卻。由過程空氣冷卻設備冷卻的過程空氣被引導通過過程空氣排放管線，過程空氣排放管線可連接到飛機機艙，以將過程空氣冷卻設備冷卻的過程空氣引導到飛機機艙中。制冷劑被循環(huán)通過制冷設備的制冷劑回路，該制冷劑回路熱聯(lián)接到環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備，以將來自環(huán)境空氣冷卻設備和過程空氣冷卻設備的熱能傳遞到在制冷劑回路中循環(huán)的制冷劑。至少在飛機空調(diào)系統(tǒng)的一些操作階段，流動通過過程空氣排放管線的冷卻的過程空氣通過從過程空氣排放管線分支出的旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中。

通過旁通管線的過程空氣流可以根據(jù)過程空氣源的操作狀態(tài)和/或根據(jù)流動通過過程空氣排放管線的冷卻的過程空氣的組成被控制。特別地，通過旁通管線的過程空氣流可以以如下方式被控制，即如果過程空氣的質(zhì)量參數(shù)超過閾值，則流動通過過程空氣排放管線的冷卻的過程空氣通過旁通管線被排放到飛機周圍環(huán)境中。

通過旁通管線的過程空氣流可以由布置在旁通管線中的旁通閥控制。此外，從過程空氣排放管線分支出的旁通管線可以開通到?jīng)_壓空氣管道中。

脫水器、熱交換器和/或過程空氣渦輪機可以布置在過程空氣排放管線中。過程空氣渦輪機可以聯(lián)接到制冷設備的制冷劑壓縮機，以驅(qū)動制冷設備的制冷劑壓縮機。旁通管線可以在過程空氣渦輪機的下游從過程空氣排放管線分支出。

環(huán)境空氣排放管線可以開通到過程空氣排放管線中。環(huán)境空氣排放管線也可以包括在過程空氣渦輪機的上游開通到過程空氣排放管線中的第一環(huán)境空氣排放管線分支以及在過程空氣渦輪機的下游且在旁通管線從過程空氣排放管線的分支處的下游開通到過程空氣排放管線中的第二環(huán)境空氣排放管線分支。通過環(huán)境空氣排放管線的環(huán)境空氣流可以以如下方式被控制，即當至少通過過程空氣排放管線的過程空氣流經(jīng)由旁通管線排放到飛機周圍環(huán)境中時，則全部環(huán)境空氣在旁通管線從過程空氣排放管線的分支處的下游經(jīng)由第二環(huán)境空氣排放管線分支被引導到過程空氣排放管線中。

旁通管線可在布置在沖壓空氣管道中的制冷劑冷凝器、布置在沖壓空氣管道中的環(huán)境空氣預冷器和/或布置在沖壓空氣管道中的過程空氣預冷器的下游開通到?jīng)_壓空氣管道中。環(huán)境空氣供應管線的入口端可以連接到斗式入口。

應急新鮮空氣供應管線可以特別地在環(huán)境空氣壓縮機的上游從環(huán)境空氣供應管線分支出。

附圖說明

現(xiàn)在參照所附示意圖更詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中：

圖1示出用于對飛機機艙進行空氣調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)。

具體實施方式

圖1中所示的飛機空調(diào)系統(tǒng)10示出用于將環(huán)境空氣從飛機周圍環(huán)境14供應到飛機空調(diào)系統(tǒng)10的環(huán)境空氣供應管線12。環(huán)境空氣供應管線12的入口端被連接到斗式入口16。環(huán)境空氣可經(jīng)由斗式入口16從空氣層取得并被供應到環(huán)境空氣供應管線12，在配備有飛機空調(diào)系統(tǒng)10的飛機的飛行操作中，空氣層位于能夠從沿著飛機的外蒙皮累積的邊界層之上。環(huán)境空氣壓縮機18被布置在環(huán)境空氣供應管線12中，該環(huán)境空氣壓縮機18用以壓縮流動通過環(huán)境空氣供應管線12的環(huán)境空氣。

環(huán)境空氣預冷器20在環(huán)境空氣壓縮機18的下游被布置在環(huán)境空氣供應管線12中。環(huán)境空氣預冷器20被用以預冷卻流動通過環(huán)境空氣供應管線12的環(huán)境空氣。環(huán)境空氣預冷器被形成為熱交換器的形式且被布置在沖壓空氣管道22中。由此，通過將熱能傳遞到流動通過沖壓空氣管道22的沖壓空氣，能夠在環(huán)境空氣預冷器20中冷卻經(jīng)由環(huán)境空氣供應管線12供應到環(huán)境空氣預冷器20的環(huán)境空氣。

在配備有飛機空調(diào)系統(tǒng)10的飛機的飛行模式中，沖壓空氣由于在沖壓空氣管道22的入口的區(qū)域中積累的沖壓壓力而流動通過沖壓空氣管道22。為即使在飛機的地面操作中也確保通過沖壓空氣管道22的足夠空氣流量，風扇形式的傳送裝置24被提供在沖壓空氣管道22中。傳送裝置24由電動機25驅(qū)動。向沖壓空氣管道22供應環(huán)境空氣由沖壓空氣管道入口風門片26控制。

在環(huán)境空氣預冷器20的下游，環(huán)境空氣供應管線12開通到環(huán)境空氣冷卻設備28。在流動通過環(huán)境空氣冷卻設備28時，環(huán)境空氣被冷卻至期望的低溫。

飛機空調(diào)系統(tǒng)10進一步包括過程空氣供應管線30。過程空氣供應管線被連接到飛機的發(fā)動機32。從發(fā)動機32取得的引氣被作為壓縮的過程空氣引導通過過程空氣供應管線30。過程空氣向過程空氣供應管線30的供應由閥34控制。過程空氣預冷器36被布置在過程空氣供應管線30中，并用以預冷卻流動通過過程空氣供應管線30的過程空氣。類似于環(huán)境空氣預冷器20，過程空氣預冷器36也被形成為熱交換器，且被布置在沖壓空氣管道22中。特別地，過程空氣預冷器36相對于沖壓空氣通過沖壓空氣管道22的流動方向在環(huán)境空氣預冷器20的下游位于沖壓空氣管道22中。在過程空氣預冷器36中，通過向流動通過沖壓空氣管道22的沖壓空氣的傳熱來冷卻流動通過過程空氣供應管線30的過程空氣。

在過程空氣預冷器36的下游，過程空氣供應管線30開通到過程空氣冷卻設備38中。在流動通過過程空氣冷卻設備38時，過程空氣被冷卻至期望的低溫。過程空氣冷卻設備38被連接到過程空氣排放管線40。熱交換器42被布置在過程空氣排放管線40中在過程空氣冷卻設備38的下游，并且在流動通過過程空氣排放管線40的經(jīng)冷卻的過程空氣和流動通過過程空氣供應管線30的僅經(jīng)預冷卻的過程空氣之間產(chǎn)生熱聯(lián)接，并由此確保對流動通過過程空氣排放管線40的經(jīng)冷卻的過程空氣的進一步冷卻。

從流動通過過程空氣排放管線40的過程空氣流中冷凝出的液態(tài)水由脫水器44從過程空氣流分離。在圖1所示的飛機空調(diào)系統(tǒng)的實施例中，脫水器44形成為高壓分離器且在過程空氣排放管線40中位于過程空氣冷卻設備38和熱交換器42之間。由脫水器44從過程空氣流分離的液態(tài)水經(jīng)由排水管線46被引導到?jīng)_壓空氣管道22中。特別地，水由注水噴嘴47注入到?jīng)_壓空氣管道20中。水部分地蒸發(fā)且冷卻流動通過沖壓空氣管道22的沖壓空氣。

過程空氣排放管線40將過程空氣冷卻設備38連接到飛機機艙48。過程空氣渦輪機50被布置在過程空氣排放管線40中在熱交換器42的下游，過程空氣渦輪機50用以使流動通過過程空氣排放管線40的過程空氣膨脹到期望的壓力，從而過程空氣能夠被引導到飛機機艙48中。在供應到飛機機艙48之前，在過程空氣渦輪機50膨脹的過程空氣被引導到混合室52中，在混合室52中，過程空氣與從飛機機艙48經(jīng)由再循環(huán)空氣管線54供應到混合室52的再循環(huán)空氣混合。調(diào)節(jié)空氣管線56在過程空氣預冷卻器36的上游從過程空氣供應管線30分支出，并且在混合室52的上游開通到過程空氣排放管線40中，調(diào)節(jié)空氣控制閥58被布置在調(diào)節(jié)空氣管線56中以于控制通過調(diào)節(jié)空氣管線56的調(diào)節(jié)空氣流。

環(huán)境空氣冷卻設備28被連接到環(huán)境空氣排放管線62，環(huán)境空氣排放管線62經(jīng)由混合室52連接到飛機機艙48。特別地，環(huán)境空氣排放管線62開通到過程空氣排放管線40，以便流動通過環(huán)境空氣排放管線62的經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣能夠經(jīng)由過程空氣排放管線40被引導到混合室52且最后進入飛機機艙48中。環(huán)境空氣排放管線62包括第一環(huán)境空氣排放管線分支62a，該第一環(huán)境空氣排放管線分支62a在過程空氣渦輪機50的上游，即在過程空氣冷卻設備38和脫水器44之間，開通到過程空氣排放管線40中。環(huán)境空氣排放管線62進一步包括第二環(huán)境空氣排放管線分支62b，該第二環(huán)境空氣排放管線分支62b在過程空氣渦輪機50的下游開通到過程空氣排放管線40中。流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣能夠經(jīng)由第一環(huán)境空氣排放管線分支62a供應到過程空氣排放管線40的高壓區(qū)域。與之相反，流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣能夠經(jīng)由第二環(huán)境空氣排放管線分支62b被引導到過程空氣排放管線40的低壓區(qū)域。

在配備有飛機空調(diào)系統(tǒng)10的飛機的飛行模式中，流動通過環(huán)境空氣供應管線12并且在流動通過環(huán)境空氣冷卻設備28之后還流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣的壓力根據(jù)飛機的飛行高度而變化。因此，控制裝置64根據(jù)流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣的壓力控制向第一環(huán)境空氣排放管線分支62a和第二環(huán)境空氣排放管線分支62b的環(huán)境空氣供應。特別地，控制裝置64以如下方式控制布置在環(huán)境空氣排放管線62中的三通閥，即當流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣的壓力超過閾值時，流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣經(jīng)由第一環(huán)境排放管線分支62a被引導到過程空氣排放管線40的高壓區(qū)域中。與之相反，控制裝置64以如下方式控制三通閥66，即當流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣的壓力低于閾值時，流動通過環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣經(jīng)由第二環(huán)境空氣排放管線分支62b被引導到過程空氣排放管線40的低壓區(qū)域。布置在第二環(huán)境空氣排放管線分支62b中的閥67被用以控制通過第二環(huán)境空氣排放管線分支62b的環(huán)境空氣流。

飛機空調(diào)系統(tǒng)10進一步包括制冷設備68，該制冷設備68包括制冷劑回路70，制冷劑能夠流動通過制冷劑回路70。制冷劑回路70被熱聯(lián)接到環(huán)境空氣冷卻設備28和過程空氣冷卻設備38，以將來自環(huán)境空氣冷卻設備28和過程空氣冷卻設備38的熱能傳遞到在制冷劑回路70中循環(huán)的制冷劑。在圖1所示的飛機空調(diào)系統(tǒng)10的實施例中，在制冷設備68的制冷劑回路70中循環(huán)的制冷劑是兩相制冷劑，諸如，例如是r134a(ch2f-cf3)、co2或者r245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)。制冷劑壓縮機72、制冷劑冷凝器74、制冷劑收集器76和膨脹閥78布置在制冷劑回路70中。

制冷劑壓縮機72以離心式壓縮機的形式執(zhí)行，并用于壓縮通過制冷劑回路70循環(huán)的制冷劑。過程空氣渦輪機50、環(huán)境空氣壓縮機18和制冷劑壓縮機72被布置在共同的軸上，以便過程空氣渦輪機50驅(qū)動環(huán)境空氣壓縮機18和制冷劑壓縮機72兩者。制冷劑冷凝器74被布置在制冷劑回路70中在制冷劑壓縮機72的下游，并為熱交換器的形式。熱交換器形式的制冷劑冷凝器74被布置在沖壓空氣管道22中在環(huán)境空氣預冷器20的上游，從而通過向流動通過沖壓空氣管道22的沖壓空氣的熱能傳遞，可冷卻流動通過制冷劑冷凝器74的制冷劑。制冷劑收集器76被布置在制冷設備68的制冷劑回路70中在制冷劑冷凝器74的下游，并用于臨時存儲從冷凝器74以液體聚集狀態(tài)排出的制冷劑。膨脹閥78被定位在制冷劑回路70中在制冷劑收集器76的下游。

環(huán)境空氣冷卻設備28和過程空氣冷卻設備38被布置在制冷設備68的制冷劑回路70中在膨脹閥78的下游，其中環(huán)境空氣冷卻設備28和過程空氣冷卻設備38兩者均為制冷劑蒸發(fā)器的形式。由此，通過向在制冷劑回路70中循環(huán)的制冷劑散發(fā)熱能，流動通過環(huán)境空氣冷卻設備28的環(huán)境空氣和流動通過過程空氣冷卻設備38的過程空氣被冷卻，制冷劑在從環(huán)境空氣和過程空氣獲取熱能時從液體聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)換成氣體聚集狀態(tài)。環(huán)境空氣冷卻設備28和過程空氣冷卻設備38在制冷劑回路70中并行布置，其中制冷劑向環(huán)境空氣冷卻設備28和過程空氣冷卻設備38的供應由布置在制冷劑回路70中的閥80控制。

飛機空調(diào)系統(tǒng)10進一步包括從過程空氣排放管線40分支出的旁通管線82。旁通管線82被配置用以至少在飛機空調(diào)系統(tǒng)10的一些操作階段將流動通過過程空氣排放管線40的經(jīng)冷卻的過程空氣排放到飛機周圍環(huán)境14中。在圖1示出的飛機空調(diào)系統(tǒng)10的實施例中，旁通管線82在過程空氣渦輪機50的下游從過程空氣排放管線40分支出，并在傳送裝置24的下游且由此也在注水噴嘴47、制冷劑冷凝器74、環(huán)境空氣預冷器20和過程空氣預冷器36的下游開通到?jīng)_壓空氣管道22中，從而流動通過旁通管線82的過程空氣經(jīng)由沖壓空氣管道22排放到飛機周圍環(huán)境中。

旁通閥84被布置在旁通管線82中，用于控制通過旁通管線82的過程空氣流。第二環(huán)境空氣排放管線分支62b在旁通管線82從過程空氣排放管線40的分支處的下游開通到過程空氣排放管線40。另一閥86被布置在過程空氣排放管線40中在旁通管線82從過程空氣排放管線40的分支處和第二環(huán)境空氣排放管線分支62b通向過程空氣排放管線40中的開口之間。

在控制裝置64的控制下，飛機空調(diào)系統(tǒng)10由此能夠以混合空氣模式操作，其中經(jīng)冷卻的過程空氣和經(jīng)冷卻的環(huán)境空氣兩者被供應到飛機機艙48。如果飛機空調(diào)系統(tǒng)10以混合空氣模式操作，則旁通閥84閉合，而另一閥86打開，以便流動通過過程空氣排放管線40的過程空氣能夠經(jīng)由混合室52進入飛機機艙48。如果期望或者必要，即如果在飛機空調(diào)系統(tǒng)10的一些操作階段沒有過程空氣要從過程空氣排放管線40被引導到飛機機艙48中，則飛機空調(diào)系統(tǒng)10也能夠以純環(huán)境空氣模式操作，在純環(huán)境空氣模式操作中，沒有來自過程空氣排放管線40的過程空氣，而僅有來自環(huán)境空氣排放管線62的環(huán)境空氣被供應到飛機機艙48。

控制裝置64特別地被配置用以根據(jù)由發(fā)動機32形成的過程空氣源的操作狀態(tài)和/或根據(jù)流動通過過程空氣排放管線40的經(jīng)冷卻的過程空氣的組成控制通過旁通管線82的過程空氣流。例如，控制裝置64能夠以如下方式控制通過旁通管線82的過程空氣流，即如果過程空氣不具有期望的組成并且特別地如果過程空氣的質(zhì)量參數(shù)超過閾值，則流動通過過程空氣排放管線40的經(jīng)冷卻的過程空氣經(jīng)由旁通管線82被排放到飛機周圍環(huán)境14中。過程空氣的質(zhì)量參數(shù)例如可以是包含在過程空氣中的物質(zhì)的極限值，該極限值不應被超過。

在旁通閥84的完全打開狀態(tài)下，當另一閥86此時關閉時，流動通過過程空氣排放管線40的全部過程空氣流經(jīng)由旁通管線82被引導離開以進入飛機周圍環(huán)境14中。另一方面，在旁通閥84的完全閉合狀態(tài)下，在另一閥86打開的前提下，流動通過過程空氣排放管線40的全部過程空氣被引導到飛機機艙48中。最后，旁通閥84和另一閥86也可以均在控制裝置64的控制下而部分地打開，以便流動通過過程空氣排放管線40的過程空氣的一部分可被引導到飛機機艙48中，而流動通過過程空氣排放管線40的過程空氣的其余部分可被排放到飛機周圍環(huán)境14中。

最后，飛機空調(diào)系統(tǒng)10包括應急新鮮空氣供應管線88，該應急新鮮空氣供應管線88從環(huán)境空氣供應管線12分支出并且開通到混合室52中。由此，可避免提供附加的應急沖壓空氣入口(erai)。布置在應急新鮮空氣供應管線88中的閥90被用以控制通過應急新鮮空氣供應管線88的環(huán)境空氣流。