[发明专利]空气循环环境控制系统及其空气调节方法

说明书

本发明涉及空调用空气循环环境控制系统。

在稀薄大气中飞行的飞机通常用一个空气循环环境控制系统来冷却、过滤、压缩及用其它方法调节机舱空气。大多数装置中，由发动机压缩机部分、辅助动力装置或由它们两者提供的压缩的环境空气在一个空气循环透平机中得以膨胀，以提供机舱所需的冷而新鲜的空气源。为提供这个冷而新鲜的空气源，需要付出两方面的代价。第一，由于完成这些装置组装所需的诸组件有一定数量及各有其相应尺寸，这些设备就相当地增大了飞机的毛重。第二，贮存于被压缩的环境空气中的相当多量的能量要能满足一架即使是一般大小的飞机的冷却要求。在一个面临燃料涨价和提高环境关心的工业中，要以相当大的努力去减少这些系统的重量和能耗，而不损害各系统的性能。

由于被压缩的环境空气很易获得，它便成了一种用于机载环境控制系统的方便的风源。在大多数系统中，环境空气经过一个由来自飞机外的空气冷却的换热器，以将其温度降到周围的环境空气温度。为了进一步降低压缩的环境空气的温度，要将它在一个透平机中加以膨胀。如被膨胀的空气温度低于其露点时，其中所带的水蒸汽就会冷凝。当将压缩的环境空气进一步膨胀，以降温到低于其冰点时，冷凝的水就结冰了。当达到足够数量时，形成的冰就限制了系统中的流通并降低其性能，有可能达到系统不能工作的程度。

许多现有技术的系统利用一项或两项技术以确保不产生要堵住系统的冰。这些技术措施中的第一条就是简单地将透平机设计得使其输出空气的温度保持在冰点之上。这样，不仅不会形成冰，而且可减小换热器这一占整套系统的重量的相当大百分比的笨重的组件的尺寸。但是，为了产生所需要的冷却能量，该种特点的系统要具有的能量远比透平机输出空气温度可低于冰点的这种系统的要多。

在这些系统中采用的第二种技术措施是将透平机运转到低于冰点，且为该系统提供有两种能力，即能感测出冰的存在及能给表明积累的冰已达到不允许的量的区域输送化冰的热流。这种系统的优点是：化冰机构是需要时使用的，因此，只要当探测出冰之时才从系统中提取能量。然而，输送化冰的热流需要附加的装置，这样也就增加了整个系统的重量。在美国专利3177679中，当位于两只透平机的每个的出口的诸恒温器指示出低于冰点的温度时，在连接透平机诸出口与诸热空气源的管道中的诸阀门就打开。在美国专利4127011中，一个压力通风系统将透平机的出口包围住。当该透平机出口的温度低于冰点时，阀门打开以将热空气送入压力通风系统，以防在透平机出口内表面上积聚冰。

关于第二技术措施的另一种方法是：将系统诸透平机运转到低于冰点，并在透平机输出空气中混入一股连续的热空气流，以提高输出空气的温度。在美国专利3877246中，描述了一个具有两只透平机的系统采用了该技术。第一透平机的输出空气与从机舱中的再循环回风和被压缩的热空气相混合，使它能在冰点下工作。该混合空气然后在第二透平机中膨胀。在进入机舱之前，从第二透平机中排出的输出空气先通过一沉淀器（precipitator），以除去任何夹带的水蒸汽。为使第二透平机下游的空气的温度保持在冰点之上，要调节位于连接第二透平机入口与第二透平机出口的管道中的阀门。在美国专利2628481中描述了一个类似的系统，只不过只具有一只透平机。再循环的机舱回风先被过滤，再将它分开。该经分开的再循环回风的第一半部分直接与离开透平机的空气相混合。然后在一水分离器中除去夹带在该混合空气中的水蒸汽。离开分离器的空气流则在进入飞机之前，与经再循环的机舱回风的第二半部分相混合。

美国专利RE32100（美国专利4209993的再版）和4430867均描述了单透平机系统，该系统也使用包含在经再循环的空气中的热量，以使透平机下游的空气的温度保持在冰点之上。在进入透平机入口之前，压缩的环境空气首先通过一主冷凝器的热通道，以除去夹带的水蒸汽。离开冷凝器热通道的除湿的空气再在透平机中得以膨胀。在美国专利RE32100中，离开该透平机的输出空气则与热的机舱再循环回风相混合，并通过冷凝器的冷通道。在美国专利4430867中，离开透平机的输出空气，在进入机舱前，首先进入一换热器的冷通道。通过换热器的热通道的流体首先流过一设在机舱内的副冷凝器的冷通道。再循环回风经过该副冷凝器的热通道被放出，在当它流回到机舱之前被除湿。在副冷凝器冷通道中被加热的流体，在循环返回换热器之前，接着流入主冷凝器的冷通道。