航空或轨道交通工具的舱的使用与空气调节源不同的气动热力空气源的空气调节系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于飞行器(80)的舱(10)的空气调节系统，包括：引气源(12)；冲压空气循环通道(13)；管道网和控制阀；空气循环式涡轮发动机，包括彼此机械连接的至少一个压缩机(3)和动力涡轮机(4)；以及，至少一个被容纳在所述冲压空气循环通道(13)中的初级冷却交换器(PHX)，其特征在于，所述管道网包括热动力管道(53)，其能够在至少一个控制阀(25,21)的控制下，在所述初级交换器(PHX)上游将所述动力涡轮机(4)的空气出口(4b)与所述冲压空气循环通道(13)流体连接，以使得由所述动力涡轮机(4)膨胀的引气能够形成供给所述初级交换器(PHX)的所述冲压空气的热能源。(PHX)的所述冲压空气的热能源。(PHX)的所述冲压空气的热能源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】航空或轨道交通工具的舱的使用与空气调节源不同的气动热力空气源的空气调节系统


[0001]本专利技术涉及一种用于航空或轨道交通工具的舱的空气调节系统。本专利技术尤其涉及一种使用加压热空气源作为气动能量源，并主要使用外部空气作为空气调节源的，也就是说，作为准备供给舱的空气源的航空或轨道交通工具的舱的空气调节系统。

技术介绍

[0002]在整个文本中，术语"舱"指的是航空或轨道交通工具的内部空间，在该内部空间中空气的压力和/或温度必须得到控制。这可以涉及乘客舱、飞行员驾驶舱、货舱，以及一般运输工具中需要空气处于受控的压力和/或温度的任何区域。这种具有受控的压力和/或温度的空气由空气调节系统提供。
[0003]通常，用于诸如飞行器等运输工具的舱的空气调节系统(在整个文本中也被称为空气调节组件)包括从飞行器发动机(例如飞行器的推进发动机或辅助发动机)的至少一个压缩机中抽取压缩空气——其更为人所熟知的名称是引气——的抽取装置，空气循环式涡轮发动机包括相互机械连接的至少一个压缩机和涡轮机，所述压缩机包括连接至所述压缩空气抽取装置的空气入口、和空气出口，所述涡轮机包括空气入口和连接至所述舱的空气出口，以便能够以向舱供给具有受控的压力和温度的空气。
[0004]传统的空气调节系统还包括容纳在从飞行器外部吸入的冲压空气的循环通道中的热交换器，更为人所熟知的名称是RAM空气。在下面的文字中，冲压空气的概念是指通过已知的任何类型的装置从飞行器外部吸入的空气，已知的任何类型的装置如空气进口或低阻力空气进口，熟知的英文名称是“flush/NACA”入口。
[0005]空气循环式涡轮发动机通常还在其轴上携带风扇，风扇延伸到冲压空气循环通道中，用以确保空气循环，以冷却引气和由涡轮发动机的压缩机压缩的空气。
[0006]换句话说，传统的空气调节系统使用引气作为调节的热能、气动能能源，也就是说，用于供给舱的新鲜的空气源。
[0007]一段时间以来，这类空气调节系统出现的普遍问题是，如何尽量减少从发动机压缩机的空气抽取，以便尽量减少这种空气抽取对煤油消耗和对发动机性能的影响。另一个问题在于，在飞行器的所有运行阶段，包括起飞、降落和地面上的阶段，都能保证控制舱的温度和压力。
[0008]最后，另一个问题在于，从飞行器的推进发动机的压缩机中抽取的引气形成了调节空气源，使得从发动机中抽取的空气的污染就会传到舱中，这会对乘客的健康尤其造成危害。
[0009]为了克服调节空气的污染风险这一缺点，已经提出了一个更加电气化的解决方案，在于使用从飞行器外部抽取的冲压空气作为空气调节源。换句话说，根据这个解决方案，空气循环式涡轮发动机的压缩机由电动马达驱动旋转，并由从飞行器外部抽取的环境空气直接供给。然后，这些压缩空气被热交换器冷却，并在供给舱之前由涡轮发动机的涡轮
机膨胀。这个解决方案很有趣，但需要很高的电力来驱动压缩机旋转。
[0010]因此，本专利技术试图提出一种用于铁路或航空运输工具的舱的空气调节系统的新设计，其允许克服目前已知的不同解决方案的不同缺点。

技术实现思路

[0011]专利技术目的
[0012]本专利技术的目的是供给一种用于运输工具的舱的空气调节系统，运输工具如飞行器，该空气调节系统允许限制供给舱的调节空气的污染风险，同时取消对涡轮发动机的压缩机的电力驱动的需求。
[0013]本专利技术的目的还在于，在本专利技术的至少一个实施方案中，供给一种用于飞行器舱的空气调节系统，其根据飞行器的飞行条件具有不同的运行模式。
[0014]
技术实现思路

[0015]为此，本专利技术涉及一种用于航空或轨道交通工具的舱的空气调节系统，包括：
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加压热空气源，称为引气源，
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从运输工具外部抽取的冲压空气的循环通道，
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管道网和控制阀，控制阀被配置为能够根据运输工具的使用条件调节通过所述管道循环的空气流量，
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空气循环式涡轮发动机，包括至少一个压缩机和称为动力涡轮机的涡轮，所述压缩机和动力涡轮机相互机械连接，所述压缩机包括空气入口以及空气出口，压缩机的空气入口流体连接至外部空气抽取口，压缩机的空气出口能够在至少一个控制阀的控制下通过所述管道网与所述舱流体连接，用于以可控的压力和温度向舱供给空气，并且所述动力涡轮机包括空气入口和空气出口，动力涡轮机的空气入口能够在至少一个控制阀的控制下通过所述管道网与所述引气源流体连接，
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至少一个称为初级冷却交换器的热交换器，该热交换器容纳在所述冲压空气循环通道中并包括初级回路，初级冷却交换器的初级回路由来自所述压缩机的气流供给，同时与所述冲压空气供给的一次级回路进行热交互，
[0021]其特征在于，所述管道网还包括被称为热动力管道的管道，该热动力管道能够在至少一个控制阀的控制下，将所述动力涡轮机的所述空气出口与所述冲压空气循环通道在所述初级交换器上游进行流体连接，以便由所述动力涡轮机膨胀的引气能够形成供给所述初级交换器的所述冲压空气的热能源。
[0022]根据本专利技术的空气调节系统，允许以一种前所未有的方式使用引气源，例如空气调节系统从运输工具如飞行器的推进发动机中抽取空气，既作为气动能源允许驱动空气循环式涡轮发动机转动，又作为热能源允许改变初级冷却交换器上游的冲压空气循环通道的空气温度的，在整个申请中也用缩写PHX表示初级热交换器。
[0023]因此，根据本专利技术的空气抽取系统允许初级冷却交换器具有热交换器的功能，更为熟知的称呼是中间冷却器，其允许降低压缩空气的温度以提高其密度。
[0024]此外，根据运输工具的使用条件(也就是说，运输工具是飞行器时根据飞行条件)，在初级交换器的冷通道的上游供给冷动力，这是由动力涡轮机使引气膨胀而产生的，这允许减少冷却空气调节组件所需的冲压空气流量(更公知的英语名称是ram air)，从而减少
运输工具的迎面阻力。
[0025]换句话说，如果配给飞行器本专利技术的系统的情况下，所述系统通过限制从飞行器外部抽取冲压空气的需要，而有助于减少飞行器的迎面阻力。
[0026]根据本专利技术的另一个实施方案，热管通向初级交换器的初级回路，也就是在热交换器的热通道的出口处。这种变型允许优化交换器的初级回路和次级回路之间的热交换和优化热分层。换句话说，其允许在空气调节组件冷却时(也就是说，当它处于冷却模式时)降低热通道出口处的空气温度，并在空气调节组件加热的时候(也就是说，当它处于加热模式时)提高热通道出口处的空气温度。
[0027]有利的是，根据本专利技术，空气调节系统还包括至少一个称为主冷却交换器的第二热交换器，该第二热交换器布置于在所述热动力管道上游的所述冲压空气循环通道中，并且第二热交换器包括的初级回路由来自所述初级交换器的所述初级回路的气流供给，同时与由所述冲压空气供给的一次级回路进行热交互。
[0028]根据该变型，空气调节系统可具有冷却模式，在冷却模式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于航空或轨道交通工具(80)的舱(10)的空气调节系统，包括：
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加压热空气源，被称为引气源(12)，
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冲压空气通道(13)，用于循环从交通工具外部抽取的冲压空气，
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由管道(50、51、52、53、54、55、56、57、58、59；70、71)组成的管道网、和控制阀(20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34)，所述控制阀被配置为能够根据交通工具的使用条件来控制循环通过所述管道的空气流，
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空气循环式涡轮发动机，包括至少一个压缩机(3)和涡轮、被称为动力涡轮机(4)，所述至少一个压缩机和所述动力涡轮机彼此机械连接，所述压缩机(3)包括空气进口(3a)以及空气出口(3b)，所述压缩机的空气进口被流体连接至用于吸入外部空气的开口(11)，所述压缩机的空气出口适于能够在至少一个控制阀(22)的控制下通过所述管道网流体连接至所述舱(10)，从而能够在受控的压力和温度下向所述舱供应空气，以及所述动力涡轮机(4)包括空气进口(4a)和空气出口(4b)，所述动力涡轮机的空气进口适于能够在至少一个控制阀(25)的控制下通过所述管道网流体连接至所述引气源(12)，
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至少一个热交换器，被称为初级冷却交换器(PHX)，该初级冷却交换器被容纳在所述冲压空气循环通道(13)中并包括初级回路，所述初级冷却交换器的初级回路由来自所述压缩机(3)的空气流供给、并与由所述冲压空气供给的次级回路热交互，其特征在于，所述管道网还包括被称为热动力管道(53)的管道，该热动力管道(53)适于能够在至少一个控制阀(25，21)的控制下，在所述初级交换器(PHX)上游将所述动力涡轮机(4)的所述空气出口(4b)与所述冲压空气循环通道(13)流体连接，从而使得由所述动力涡轮机(4)膨胀的所述引气能够形成热能量源，该热能量源用于被供给至所述初级交换器(PHX)的所述初级回路的所述冲压空气。2.根据权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于，所述空气调节系统还包括至少第二热交换器，被称为主冷却交换器(MHX)，该主冷却交换器被布置在所述冲压空气循环通道(13)中位于所述热动力管道(53)上游、并且包括初级回路，所述主冷却交换器的初级回路由来自所述初级交换器(PHX)的初级回路的空气流供给、并与由所述冲压空气供给的次级回路热交互。3.根据权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于，所述管道网还包括旁通管道(57)，该旁通管道适于能够，在至少一个控制阀(20)的控制下，在所述主冷却交换器(MHX)下游将所述初级冷却交换器(PHX)的初级回路的出口和所述管道网流体连接，以便绕过所述主冷却交换器。4.根据权利要求3所述的空气调节系统，其特征在于，所述控制阀(20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34)被控制以允许至少以下运行模式：
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被称为常规模式的运行模式，其中所述动力涡轮机(4)的所述进口(4a)由所述引气源(12)供给，以便能够使由从交通工具的外部(11)抽取的空气供给的所述压缩机(3)旋转，并且所述动力涡轮机(4)的所述空气出口(4b)向所述冲压空气循环通道(13)供应经膨胀的引气，
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被称为紧急模式的运行模式，其中所述引气源(12)在由被容纳在所述冲压空气循环通道(13)中的所述热交换器(MHX，PHX)冷却后被直接供给到所述舱(10)，而不通过所述空气循环式涡轮发动机，
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被称为中间模式的运行模式，其中所述动力涡轮机(4)的所述进口(4a)由所述引气源(12)供给，以便能够使由从交通工具的外部(11)抽取的空气供给的所述压缩机(3)旋转，并且由所述压缩机(3)压缩的所述空气在所述初级冷却交换器(PHX)的初级回路上游与由所述动力涡轮机(4)膨胀的引气混合，或者与直接来自所述引气源(12)的引气混合。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的空气调节系统，其特征在于，所述空气调节系统还包括涡轮风扇(9)，所述涡轮风扇被布置在所述冲压空气循环通道(13)中位于所述初级交换器(PHX)下游，并且适于能够在至少一个控制阀(24)的控制下通过所述管道网连接到所述引气源(12)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的空气调节系统，其特征在于，所述空气循环式涡轮发动机还包括：
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至少第二涡轮机(5)，被机械地连接至所述压缩机(3)以及连接至所述动力涡轮机(4)，所述第二膨胀涡轮机(5)包括至少第一空气进口(5a)、和空气出口(5b)，所述第二涡轮机的第一空气进口适于能够在至少一个控制阀(32)的控制下通过所述管道网被流体地连接至所述主冷却交换...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：利勃海尔航空航天图卢兹有限公司，
类型：发明
国别省市：