[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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（fuel penalty）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，旨在为本发明的实施例所针对的这样的问题提供解决方法。

发明内容

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。