用于控制封闭空间的环境温度的一体环境控制系统和方法技术方案

用以通过使被动热交换子系统（例如，环路热导管（LHP）热交换子系统）、RAM空气子系统、以及蒸汽压缩循环机（VCM）子系统一体化来控制封闭空间的环境温度的环境控制系统和方法，所述被动热交换子系统具有与用于在其中提供环境温度控制的封闭空间处于热交换关系的闭合环路热交换流体回路，所述RAM空气子系统具有用于使RAM冷却空气循环的RAM空气回路，所述蒸汽压缩循环机（VCM）子系统具有VCM流体回路，所述VCM流体回路具有压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀。

【技术实现步骤摘要】
用于控制封闭空间的环境温度的一体环境控制系统和方法相关申请的交叉引用本申请基于并且要求2011年12月29日提交的美国临时申请序列No.61/581,378在35USC§119（e）下的国内优先权益，该美国临时申请的全部内容明确地通过引用并入到本文中。
本文公开的实施例大体涉及使用诸如热导管、表层热交换器和/或蒸汽压缩循环系统的环境控制系统的一体式架构的（例如，在飞行器机身内的）舱室/外壳的环境控制和热管理（例如，加热、冷却）。本文公开的方法和系统的实施例使得能够在飞行器运行的各个阶段期间用最少的飞行器能量消耗（最终，最少的飞行器燃料消耗量）需求来冷却飞行器舱室/外壳。
技术介绍
未来一代的飞行器系统的概念趋向于需要电力消耗量的增加。因此，这些系统将要求每体积更多热的耗散。散热的增加与减少飞行器燃料消耗量的最近需求彼此相冲突，并且因此要求出现更加有效的冷却系统。当前，飞行器舱室/外壳（电子舱、厨房等）设有冷却系统，所述冷却系统一般基于空气循环和/或蒸汽循环系统并且就燃料损失（fuelpenalty）而言未被优化，使得这样的系统可以吸取整体飞行器性能。因此，冷却要求越高，冷却系统能量消耗就越高，并且因此，飞行器燃料消耗就越高。这些冷却系统在包括当飞行器在地面上时的所有飞行阶段期间运行。然而，由于在外侧空气（热沉）与被冷却的特定舱室/外壳/设备之间的显著温差，当飞行器在飞行中时存在巨大的排热潜能。为了开发更加有效的冷却系统，存在使设备与散热器之间的热阻最小化的需要。最近，美国已公布专利申请No.2004/0159119（通过引用完全并入本文）已经提出了一种更加有效的冷却系统，该系统主要包括液体环路、低共熔热电池和热泵以及表层热交换器（SHX）。类似地，美国已公布专利申请No.2007/0095521（通过引用完全并入本文）主要提出了环路热导管（LHP）、冷存储单元和SHX的组合。在能够完全实现更大的燃料效率之前，存在一些待被解决的问题。例如，当前技术缺乏用于舱室/外壳冷却的可用热沉的智能管理，从而导致比必需的更多的燃料消耗（在飞行器性能上的燃料损失），因为热的可用性未被充分地使用。例如，有时蒸汽压缩循环机（VCM）需要被用来冷却在机舱内侧的电子设备，尽管在飞行中的飞行器的外侧的冷却空气已经可用。此外，当前对于可用热沉的使用存在缺乏灵活性。举例来说，电子盒不能够被安装在预定的舱室/外壳中，因为外侧空气热沉位于离那个舱室/外壳很远的距离。此外，舱室/外壳（热负载）与热沉之间的高热阻通常存在。即使当热负载的温度高于热沉的温度时，该高热阻也需要主动冷却系统（热泵）。该效应在飞行器任务期间的绝大部分时间发生。LHP和其它相变被动热传递装置对于减小该热阻可以是有用的。因此，旨在为本专利技术的实施例所针对的这样的问题提供解决方法。
技术实现思路
此处公开的实施例被提供以通过使用在下文中将被更详细地讨论的特征实现将热从舱室/外壳移除的同时、最小化在整个飞行器运行上的燃料损失的目的。另外，从一个舱室/外壳移除的热也可以被用作另一个舱室/外壳的热源。该热也可以被用于加热飞行器的内表面或外表面，如对于热管理或冰和大气防护可能需要的。大体上，此处公开的实施例使诸如热导管和表层热交换器的各种环境控制系统一体化，以使热阻最小化并且降低系统能量消耗。根据一些实施例，可以采用多个创新性环境控制部件的组合，例如（1）在单个热交换器中，与蒸汽压缩循环机（VCM）蒸发器一体化的环路热导管（LHP）冷凝器，以及（2）嵌入到配备有地面冷却风机的管中的紧凑的表层热交换器（SHX）。根据一些实施例，还提供了用于使用在热输送和散热器（带有地面冷却风机的VCM、SHX、LHP、RAM空气）来冷却舱室/外壳的不同的技术与适当的操作逻辑之间的智能一体化的系统，该系统包括混合系统，所述混合系统利用被应用的技术中的任何一种的优势，在整个飞行器任务上能够用较少的能量消耗运行。根据一些实施例，提供了环境控制系统和方法，所述系统和方法通过使环路热导管（LHP）热交换子系统、RAM空气子系统、以及蒸汽压缩循环机（VCM）子系统一体化而控制该封闭空间内的环境温度，所述环路热导管（LHP）热交换子系统具有与用于在其中提供环境温度控制的封闭空间处于热交换关系的闭合环路热交换流体回路，所述RAM空气子系统具有用于使RAM冷却空气循环的RAM空气回路，所述蒸汽压缩循环机（VCM）子系统具有包括压缩机、蒸发器、和冷凝器的VCM流体回路。因此，VCM子系统的蒸发器可以通过与LHP热交换子系统处于操作热交换关系而与该LHP热交换子系统一体化，而VCM子系统的冷凝器可以与RAM空气系统一体化以与该RAM空气系统处于操作热交换关系。一些实施例可以包括与VCM子系统的VCM蒸发器处于操作热交换关系的LHP子系统的LHP冷凝器。在其它实施例中，LHP热交换子系统还可以被设有LHP冷凝器表层热交换器（SHX）以及控制阀，所述控制阀用于将工作流体导引至LHP冷凝器或LHP冷凝器SHX。特定实施例的RAM空气回路可以包括：空气管道，其具有入口和用于控制流动到该管中的空气流的入口控制门；以及冷却风机，其用于将空气抽吸到入口中并且通过该管。其它实施例可以设有包括与管中的空气流处于操作热交换器关系的嵌入式表层热交换（SHX）的RAM空气子系统。特定的其它实施例可以设有具有与VCM子系统的VCM蒸发器处于操作热交换关系的LHP冷凝器和LHP冷凝器表层热交换器（SHX）的LHP热交换子系统。可以因此提供控制阀，用于将工作流体导引至LHP热交换子系统的LHP冷凝器、LHP热交换子系统的LHP冷凝器SHX或RAM空气子系统的嵌入式表层热交换器SHX。VCM子系统可以包括在VCM冷凝器下游的VCM冷凝器表层热交换器（SHX）。在特定的实施例中，VCM冷凝器SHX可以与诸如机载燃料和/或机舱空气的机载流体处于操作热交换关系。其它实施例可以设有具有旁通阀的VCM子系统，用以将VCM流体回路导引至VCM冷凝器SHX或使VCM流体回路绕开VCM冷凝器SHX。从表层热交换器释放的热可以被用于加热飞行器的内表面或外表面。例如，由SHX释放的热可以被用作用于外表面的唯一或补充的冰雨防护系统，所述SHX所构成所述外表面或是所述外表面的一部分。另外，该热能够被用来加热其它飞行器区域中的门槛、厨房。在对本专利技术的优选示例性实施例的下列详细描述给予仔细考虑之后，本专利技术的这些和其它方面和优势将变得更加清楚。缩略词结构和系统通常可以通过下列缩略语在本文中被引用：LHP-环路热导管CPL-毛细泵送环路LTS-环路热虹吸管SHX-表层热交换器VCM-蒸汽压缩循环机E-bay-电子舱应理解，每当LHP、CPL、LTS在下文中出现时，相变散热装置的所有可能的变型被构想为诸如例如常规热导管、热虹吸管、脉动热导管等。因此，对任何特定缩略语的引用是非限制性的并且仅为了讨论的便利性而采用。附图说明通过结合附图参考示例性非限制说明性实施例的下列详细描述，本专利技术的所公开的实施例将被更好地且更加充分地理解，其中：图1是用于冷却舱室/外壳的系统架构的实施例的示意图；图2是被用来冷却舱室/外壳的LHP/CPL/LTS环路的示意图，且SHX被用来冷却LHP冷凝器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制封闭空间的环境温度的环境控制系统，包括：被动相变热交换子系统，所述被动相变热交换子系统具有与所述封闭空间处于热交换关系的闭合环路热交换流体回路，用于在所述封闭空间内提供环境温度控制；第二RAM空气子系统，所述第二RAM空气子系统具有用于冷却空气的循环的空气回路；以及第三蒸汽闭合环路压缩循环机（VCM）子系统，所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机（VCM）子系统具有包括压缩机的VCM流体回路、蒸发器、冷凝器和膨胀阀，其中所述VCM子系统的蒸发器与所述被动热交换子系统的热交换流体回路处于操作热交换关系，并且其中所述VCM子系统的冷凝器与所述RAM空气子系统的空气回路处于操作热交换关系。

【技术特征摘要】
2011.12.29 US 61/581,3781.一种用于控制封闭空间的环境温度的环境控制系统，包括：被动相变热交换子系统，所述被动相变热交换子系统具有与所述封闭空间处于热交换关系的闭合环路热交换流体回路，用于在所述封闭空间内提供环境温度控制；第二RAM空气子系统，所述第二RAM空气子系统具有用于冷却空气的循环的空气回路；以及第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统，所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统具有包括压缩机的VCM流体回路、蒸发器、冷凝器和膨胀阀，其中所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统的蒸发器与所述被动相变热交换子系统的热交换流体回路处于操作热交换关系，并且其中所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统的冷凝器与所述RAM空气子系统的空气回路处于操作热交换关系。2.根据权利要求1所述的环境控制系统，其中所述被动相变热交换子系统包括主冷凝器，所述主冷凝器与所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统的蒸发器处于操作热交换关系。3.根据权利要求2所述的环境控制系统，其中所述被动相变热交换子系统包括：副表层热交换SHX冷凝器；以及控制阀，所述控制阀用于将工作流体导引至所述主冷凝器或所述副表层热交换SHX冷凝器。4.根据权利要求2所述的环境控制系统，其中所述RAM空气子系统的空气回路包括空气管道和冷却风机，所述空气管道具有入口和用于控制流到所述管道中的空气流的入口控制门，所述冷却风机用于将空气抽吸到所述入口中并且穿过所述管道。5.根据权利要求4所述的环境控制系统，其中所述RAM空气子系统包括与所述管道中的所述空气流处于操作热交换关系的嵌入式表层热交换器SHX。6.根据权利要求5所述的环境控制系统，其中所述被动相变热交换子系统包括：主冷凝器，所述主冷凝器与所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统的蒸发器处于操作热交换关系；以及表层热交换SHX冷凝器，并且其中所述环境控制系统还包括控制阀，用于将工作流体导引至所述被动相变热交换子系统的主冷凝器、所述被动相变热交换子系统的副表层热交换SHX冷凝器或所述RAM空气子系统的嵌入式表层热交换器SHX。7.根据权利要求1所述的环境控制系统，其中所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统还包括在所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统的冷凝器的下游的VCM表层热交换SHX冷凝器。8.根据权利要求7所述的环境控制系统，其中所述VCM表层热交换SHX冷凝器与机载流体处于操作热交换关系。9.根据权利要求8所述的环境控制系统，其中所述机载流体是机载燃料或机舱空气。10.根据权利要求7所述的环境控制系统，其中所述第三蒸汽闭合环路压缩循环机VCM子系统包括旁通阀，所述旁通阀用以将所述VCM流体回路导引至所述VCM表层热交换SHX冷凝器或使所述VCM流体回路绕开所述VCM表层热交换SHX冷凝器。11.一种飞行器，所述飞行器包括根据权利要求1-10中的任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡里奥·罗梅罗·桑托斯·费尔南德斯，里卡多·甘多尔菲，尼古劳·布拉加·桑托斯，卢伊·托巴尔迪尼·内托，
申请(专利权)人：埃姆普里萨有限公司，
类型：发明
国别省市：