具体实施方式

参考附图，本文通过举例而非限制的方式呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。

本文的实施方案提供利用双通道式热交换器专利的环境控制系统，所述环境控制系统包括骤冷回路和再循环空气，所述再循环空气在两个通道之间混合以利用低压发动机排出空气来以高发动机燃料燃烧效率提供机舱加压和冷却。

通常，环境控制系统的实施方案可包括一个或多个热交换器和压缩装置。从发动机的低压位置排出的介质通过一个或多个热交换器流入舱室中。现在转向图1，示出一种系统100，所述系统100从入口101接收介质并且将经调节形式的介质提供至舱室102。系统100包括压缩装置120和热交换器130。系统的元件通过阀、管件、管道等连接。阀是通过打开、关闭或部分地阻碍系统100的管件、管道等内的各种通路来调整、引导和/或控制介质流动的装置。阀可通过致动器来操作，使得系统100的任何部分中的介质的流速可被调整至所需值。

如图1所示，介质可通过系统100从入口101流动至舱室102，如由实线箭头A、B所指示。在系统100中，介质可流动通过压缩装置120、通过热交换器130、从压缩装置120流动至热交换器130、从热交换器130流动至压缩装置120等。此外，介质可从舱室102再循环至系统100，如由点划线箭头D所指示(并且可然后流动返回至舱室102和/或流动至系统100的外部)。

通常，介质可以是空气，而其他实例包括气体、液体、流化固体或浆料。当介质从系统100的舱室102被提供时，介质在本文中被称为再循环空气。当介质由连接到系统100的发动机(诸如从入口101)提供时，介质在本文中可被称为排出空气。关于排出空气，发动机(或辅助动力单元)的低压位置可以用来在初始压力水平下提供介质，所述初始压力水平接近一旦介质处在舱室102内所述介质的压力(例如，机舱压力)。

例如，继续上述飞机实例，空气可通过从涡轮发动机的压缩机级“排出”来被供应至环境控制系统。这种排出空气的温度、湿度和压力取决于压缩机级和涡轮发动机的每分钟转数而广泛地变化。由于利用了发动机的低压位置，空气可稍微高于或稍微低于机舱压力(例如，舱室102中的压力)。在这种低压下从低压位置排出空气引起比从较高压位置排出空气更少的燃料燃烧。然而，因为空气起始于这个相对低的初始压力水平并且因为在一个或多个热交换器上会出现压降，所以在空气流动通过所述多个热交换器130时，所述空气的压力可能会下降到低于机舱压力。当空气的压力低于机舱压力时，空气将不会流入舱室中来提供加压和温度调节。为了实现所需压力，排出空气可在其通过压缩装置120时被压缩。

压缩装置120是控制和操纵介质(例如，增加排出空气的压力)的机械装置。压缩装置120的实例包括空气循环机、三轮式机、四轮式机等。压缩可包括压缩机，诸如离心式、斜流式或混流式、轴流式、往复式、离子液体活塞式、旋转螺旋式、旋叶式、涡旋式、膜片式、气泡式压缩机等。此外，压缩机可通过涡轮由电机或介质(例如，排出空气、舱室排放空气和/或再循环空气)驱动。

热交换器130是被构造用于从一种介质到另一种介质进行有效热传递的装置。热交换器的实例包括双管道式、壳式和管 式、板式、板式和壳式、绝热轮式、板翅式、枕板式和流体热交换器。由风扇推进(例如，通过推动或拉动的方法)的空气可在可变冷却气流下吹过热交换器以控制排出空气的最终空气温度。

鉴于飞机实例，现将参考图2描述图1的系统100。图2描绘当将系统200安装到飞机上时所述系统200(例如，系统100的实施方案)的示意图。

现在将关于飞机的利用当前机舱三轮式空调系统的常规排出空气驱动的环境控制系统描述系统200。常规排出空气驱动的环境控制系统在30磅每平方英寸(绝对值)(例如，在巡航期间)与45磅每平方英寸(绝对值)(例如，在地面上)之间的压力下接收排出空气。在常规排出空气驱动的环境控制系统中，在热日地面操作期间，空气循环机的离心式压缩机在大约45磅每平方英寸(绝对值)的压力下接收几乎所有的排出空气流。此外，在热日巡航操作期间，空气循环机的离心式压缩机在30磅每平方英寸(绝对值)的压力下仅接收排出空气流的一部分。排出空气的剩余部分通过空气循环机旁通阀绕过离心式压缩机并且被发送至机舱。

与利用当前机舱三轮式空调系统的常规排出空气驱动的环境控制系统相反，系统200是飞机的以高的发动机燃料燃烧效率向飞机的机组人员和乘客提供空气供应、热控制和机舱加压的环境控制系统的实例。系统200示出在入口201处(例如，在初始流速、压力、温度和湿度下关闭飞机的发动机)流动的排出空气，所述排出空气进而在最终流速、压力、温度和湿度下被提供至舱室202(例如，机舱、驾驶舱、加压空间(volume)等)。排出空气可从舱室202再循环返回通过系统200(本文中机舱排放空气和再循环空气在图2中分别由点划线D1和D2表示)以便驱动和/或协助系统200。

系统包括用于接收冲压空气并且引导冲压空气通过系统200的外壳210。应注意，基于所述实施方案，来自系统200的废气可被发送至出口(例如，通过外壳210释放到周围空气中)。

系统200还示出阀V1-V8、热交换器220、空气循环机240(其包括涡轮243、压缩机244、涡轮245、风扇248和轴杆249)、冷凝器260、水提取器270和再循环风扇280，其中的每一个通过管件、管道等连接。应注意，热交换器220是如上所述的热交换器130的实例。此外，在实施方案中，热交换器220是位于初级热交换器(未示出)下游的次级热交换器。还应注意，空气循环机240是如上所述的压缩装置120的实例。

空气循环机240通过升高和/或降低压力并且通过升高和/或降低温度来从介质提取功或者对所述介质执行功。压缩机244是使从入口201接收的排出空气的压力升高的机械装置。涡轮243、245是通过轴杆249驱动压缩机244和风扇248的机械装置。风扇248是通过推动或拉动方法推进空气通过外壳210，从而以可变冷却空气流跨过次级热交换器220的机械装置。因此，涡轮243、245，压缩机244和风扇248一起例如示出：空气循环机240可作为利用从舱室202再循环或排放的空气的四轮式空气循环机进行操作(例如，在实施方案中，空气循环机240利用舱室排放空气来执行压缩操作，如由点划线D1所指示)。

冷凝器260是特定类型的热交换器。水提取器270是执行暂时地或永久地从任何源(诸如排出空气)取得水的过程的机械装置。再循环风扇280是可通过推动方法推进空气再循环到系统200中(如由点划线D2所指示)的机械装置。

在系统200的高压操作模式中，高压高温空气通过阀V1从入口201接收。高压高温空气进入压缩机244。压缩机244对高压高温空气进行加压并且在所述过程中对所述高压高温空气进行加热。这种空气然后进入热交换器220的第一通道并且被冲压空气冷却。离开热交换器220的第一通道的空气然后进入热交换器220的第二通道以便产生冷却的高压空气。这种冷却的高压空气通过阀V7进入冷凝器260和水提取器270中，在所述冷凝器260和所述水提取器270中空气被冷却并且水分被移除。冷却的高压空气进入涡轮243，在所述涡轮243中所述冷却的高压空气膨胀并且功被提取。来自涡轮243的功可驱动压缩机244和风扇248两者。风扇248用来拉动冲压空气流通过热交换器220。而且，通过使冷却的高压空气膨胀并对其提取功，涡轮243产生冷的排出空气。在离开涡轮243之后，冷的排出空气在混合点处与由风扇280通过从阀V6和V8提供的再循环空气D2混合。在这种情况下，混合点可位于压缩装置240的下游。这一类混合点还可被称为位于压缩机244的下游和涡轮243的下游。通过将冷的排出空气与再循环空气D2混合，系统200利用再循环空气(其是变暖的且潮湿的)以使冷的排出空气(例如，使温度升高)持平。这种持平的排出空气进而进入冷凝器260的低压侧、在冷凝器260的高压侧上冷却排出空气，并且被发送来调节舱室202。

应注意，当在高压模式下操作时，离开压缩机244的空气有可能超过燃料的自动点火温度(例如，稳态为400F并且瞬态为450F)。在这种情形下，来自热交换器220的第一通道的出口的空气由阀V2用导管输送至压缩机244的入口。这降低了进入压缩机244入口的空气的入口温度，并且因此离开压缩机244的空气低于燃料的自动点火温度。

当发动机压力足以驱动循环时或当舱室202的温度要求时，可在飞行条件下使用高压操作模式。例如，诸如地面慢车、滑行、起飞、爬升的条件以及持恒条件将使得空气循环机240在高压模式下操作。另外，超高温高海拔巡航条件可能导致空气循环机240在高压模式下操作。

在低压操作模式下，来自入口201的排出空气通过阀V1绕过空气循环机240并且直接通过热交换器220的第一通道。在离开所述第一通道之后，排出空气然后在混合点处与由风扇280通过阀V6和V8提供的再循环空气D2混合以便产生混合空气。在这种情况下，混合点可位于压缩机244的下游和/或热交换器220的第二通道的上游。混合空气进入热交换器220的第二通道，在所述第二通道中混合空气被冲压空气冷却至舱室202所需的温度以便产生冷却空气。冷却空气然后通过阀V7直接进入舱室202中。此外，舱室排放空气D1用来保持空气循环机240以最小速度转动。也就是说，通过阀V4和V5从舱室202流动的舱室排放空气D1进入涡轮245并且在所述涡轮245上膨胀，使得功被提取。这种功被利用来以例如大约6000每分钟转速的最小速度使空气循环机240转动。离开涡轮机245的空气然后通过外壳210被扔弃到舱外。

低压模式可在进入空气循环机240的排出空气的压力在高于舱室压力下大约为1磅每平方英寸的飞行条件(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件和处于标准周围日类型处或在其附近的条件)下使用。

在增压压力操作模式下，来自入口201的排出空气进入压缩机244，在所述压缩机244中所述排出空气被压缩并被加热。来自压缩机244的经压缩的和经加热的空气经过热交换器220的第一通道并且然后在混合点处与由风扇280通过阀V6和V8提供的再循环空气D2混合以便产生混合空气。在这种情况下，混合点可位于压缩机244的下游和/或热交换器220的第二通道的上游。混合空气进入热交换器220的第二通道，在所述第二通道中混合空气被冲压空气冷却至舱室202所需的温度以便产生冷却空气。冷却空气然后通过阀V7直接进入舱室202中。此外，机舱排放空气D1用来提供能量以便对进入压缩机244的排出空气进行加压。也就是说，通过阀V4和V5从舱室202流动的舱室排放空气D1进入涡轮245并且在所述涡轮245上膨胀，使得功被提取。由涡轮245的提取的功的量足以使空气循环机240在压缩机244所需的速度下转动以便使排出空气的压力升高至可驱动排出空气通过热交换器220并且进入舱室202中的值。

增压压力模式可在进入空气循环机240的排出空气的压力在低于舱室压力下低至2.5磅每平方英寸的飞行条件(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件和处于标准周围日类型处或在其附近的条件)下使用。

鉴于飞机实例，现将参考图3描述图1的系统100。图3描绘当将系统300安装到飞机上时所述系统300(例如，系统100的实施方案)的示意图。为了便于解释，系统300的类似于系统200的部件通过使用相同的标识符而被重复使用并且不被重复介绍。系统300的替代性部件包括阀V9、再加热器350、冷凝器360和水提取器370，并且用于再循环空气的替代性路径由点划线D3指示。

再加热器350和冷凝器260是特定类型的热交换器。水提取器370是执行从任何源(诸如排出空气)取得水的过程的机械装置。再热热器350、冷凝器260和/或水提取器370可一起组合成高压水分离器。

在高压操作模式中，高压高温空气通过阀V1从入口201接收。高压高温空气进入压缩机244。压缩机244对高压高压空气进行加压并且在所述过程中对所述高压高温空气进行加热。这种空气然后进入热交换器220的第一通道并且被冲压空气冷却。离开热交换器220的第一通道的空气然后进入热交换器220的第二通道以便产生冷却的高压空气。这种冷却的高压空气通过阀V7进入再加热器350，在所述再加热器350中冷却的高压空气被冷却；通过冷凝器360，在所述冷凝器360中所述冷却的高压空气被来自涡轮243的空气冷却；通过水提取器370，在所述水提取器370中空气中的水分被移除；并且再次进入再加热器350中，在所述再加热器350中空气几乎被加热至阀V7处的入口温度。变暖的高压且现在干燥的空气进入涡轮243，在所述涡轮243中所述变暖的高压且现在干燥的空气膨胀并且功被提取。来自涡轮243的功可驱动压缩机244和风扇248两者。风扇248用来拉动冲压空气流通过热交换器220。在离开涡轮243之后，冷的空气(通常低于冰点)使冷凝器360中变暖的湿空气冷却。在冷凝器360的下游，离开空气循环机240的冷的空气在混合点处与由风扇280通过阀V9提供的再循环空气D3混合以便产生混合空气。在这种情况下，混合点可位于压缩装置240的下游。这一类混合点还可被称为位于压缩机244的下游和涡轮243的下游。这种混合空气然后被发送来调节舱室202。

当在高压模式下操作时，离开压缩机244的空气有可能超过燃料的自动点火温度(例如，稳态为400F并且瞬态为450F)。在这种情形下，来自热交换器220的第一通道的出口的空气由阀V2用导管输送至压缩机244的入口。这降低了进入压缩机244入口的空气的入口温度，并且因此离开压缩机244的空气低于燃料的自动点火温度。

当发动机压力足以驱动循环时或当舱室202的温度要求时，可在飞行条件下使用高压操作模式。例如，诸如地面慢车、滑行、起飞、爬升的条件以及持恒条件将使得空气循环机240在高压模式下操作。另外，超高温高海拔巡航条件可能导致空气循环机240在高压模式下操作。

在低压操作模式下，来自入口201的排出空气通过阀V1绕过空气循环机240并且直接通过热交换器220的第一通道。在离开所述第一通道之后，排出空气然后在混合点处与由风扇280通过阀V6提供的再循环空气D2混合以便产生混合空气。在这种情况下，混合点可位于压缩机244的下游和/或热交换器220的第二通道的上游。混合空气进入热交换器220的第二通道，在所述第二通道中混合空气被冲压空气冷却至舱室202所需的温度以便产生冷却空气。冷却空气然后通过阀V7直接进入舱室202中。此外，舱室排放空气D1用来保持空气循环机240以最小速度转动。也就是说，通过阀V4和V5从舱室202流动的舱室排放空气D1进入涡轮245并且在所述涡轮245上膨胀，使得功被提取。这种功被利用来以例如大约6000每分钟转速的最小速度使空气循环机240转动。离开涡轮机245的空气然后通过外壳210被扔弃到舱外。

低压模式可在进入空气循环机240的排出空气的压力在高于舱室压力下大约为1磅每平方英寸的飞行条件(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件和处于标准周围日类型处或在其附近的条件)下使用。

在增压压力操作模式下，来自入口201的排出空气进入压缩机244，在所述压缩机244中所述排出空气被压缩并被加热。。来自压缩机244的经压缩的和经加热的空气经过热交换器220的第一通道并且然后在混合点处与由风扇280通过阀V6提供的再循环空气D2混合以便产生混合空气。在这种情况下，混合点可位于压缩机244的下游和/或热交换器220的第二通道的上游。混合空气进入热交换器220的第二通道，在所述第二通道中混合空气被冲压空气冷却至舱室202所需的温度以便产生冷却空气。冷却空气然后通过阀V7直接进入舱室202中。此外，机舱排放空气D1用来提供能量以便对进入压缩机244的排出空气进行加压。也就是说，通过阀V4和V5从舱室202流动的舱室排放空气D1进入涡轮245并且在所述涡轮245上膨胀，使得功被提取。由涡轮245的提取的功的量足以使空气循环机240在压缩机244所需的速度下转动以便使放出空气的压力升高至可驱动排出空气通过热交换器220并且进入舱室202中的值。

增压压力模式可在进入空气循环机240的排出空气的压力在低于舱室压力下低至2.5磅每平方英寸的飞行条件(例如，海拔高于30,000英尺的巡航条件和处于标准周围日类型处或在其附近的条件)下使用。

鉴于上文，一个或多个实施方案可包括一种系统，所述系统包括：入口，所述入口提供第一介质；压缩装置，所述压缩装置包括压缩机，其中所述压缩装置与提供第一介质的入口连通；以及至少一个热交换器，所述至少一个热交换器位于所述压缩机的下游，其中所述至少一个热交换器包括第一通道和第二通道，并且其中所述至少一个热交换器的第一通道的出口与所述压缩机的入口流体连通。

一个或多个实施方案还可包括上述系统，所述上述系统包括用于提供第二介质的第二入口，其中所述第二介质在所述至少一个热交换器的第二通道的入口处混合。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中所述第二介质包括再循环空气。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中第二介质由提供所述第二介质的入口从加压空间接收。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中提供第一介质的入口与新鲜空气源连通并且从所述新鲜空气源接收第一介质。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中第一介质包括排放空气。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中所述第一介质由提供第一介质的入口从发动机或辅助动力单元的低压部分接收。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中至少一个热交换器是冲压空气热交换器。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中飞机包括所述系统。

鉴于上文，一个或多个实施方案可包括一种系统，所述系统包括：入口，所述入口提供第一介质；入口，所述入口提供第二介质；压缩装置，所述压缩装置包括压缩机，其中所述压缩装置与提供第一介质的入口连通；以及至少一个热交换器，所述至少一个热交换器位于压缩机的下游，其中所述至少一个热交换器包括第一通道和第二通道，并且其中所述第二介质在所述至少一个热交换器的第二通道的入口处混合。

一个或多个实施方案还可包括上述系统，其中所述第二介质包括再循环空气。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中第二介质由提供所述第二介质的入口从加压空间接收。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中提供第一介质的入口与新鲜空气源连通并且从所述新鲜空气源接收第一介质。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中第一介质包括排放空气。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中所述第一介质由提供第一介质的入口从发动机或辅助动力单元的低压部分接收。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一种，其中至少一个热交换器是冲压空气热交换器。

一个或多个实施方案还可包括上述系统中的任一个，其中飞机包括所述系统。

本文参考根据本发明的实施方案的方法、设备和/或系统的流程图图解、示意图和/或框图来描述实施方案的方面。此外，已经出于说明目的呈现了各种实施方案的描述，但是所述描述并不意图是排他性的或者限于所公开的实施方案。在不背离所描述实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择本文中所使用的术语来最好地解释实施方案的原理、对在市场中所见技术的实际应用或技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文中所公开的实施方案。

本文使用的术语只用于描述具体实施方案的目的，而不是意图成为本发明的限制。除非上下文明确地另外指出，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”意图同样包括复数形式。应当进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时明确说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

本文所描绘的流程图只是一个实例。在不脱离本发明的精神的情况下，本文所描述的这一类图或步骤(或操作)可以有许多变型。例如，可以按不同顺序执行所述步骤，或可以增添、删除或修改步骤。所有的这些变型被认为是所要求保护的发明的一部分。

虽然已经描述了本发明的优选实施方案，但是将理解，现在和将来的本领域的技术人员可以作出落入以下权利要求范围内的各种改进和增强。这些权利要求应被解释为维持对首次描述的本发明的适当保护。