УСТАНОВКА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА, ИМЕЮЩЕГО МНОЖЕСТВО КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН С ИНДИВИДУАЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 2011 года по МПК B64D13/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится, в частности, к кондиционированию воздуха внутреннего пространства воздушного судна, но также может относиться к кондиционированию воздуха любого другого помещения.

Уровень техники

На современном коммерческом воздушном судне внутреннее пространство воздушного судна обычно разделяется на множество климатических зон с раздельным и индивидуальным регулированием температуры. Поэтому имеется возможность не только сохранять более постоянную температуру в конкретной области внутреннего пространства, поскольку регулирование температуры в меньшей пространственной области всегда легче, чем регулирование температуры в большей пространственной области, но и соответственно регулировать разные температуры в разных пространственных областях, так что можно индивидуально соответствовать ожиданиям, имеющим отношение к комфорту обслуживающего экипажа и/или авиапассажиров в индивидуальных климатических зонах.

Обычные агрегаты кондиционирования воздуха содержат систему каналов подачи воздуха с основной разветвляющейся системой, содержащей смесительную камеру и множество разветвляющихся подсистем, отходящих от смесительной камеры и в каждом случае ведущих к одной из климатических зон. Один или более блоков кондиционирования воздуха (среди специалистов также часто называемых климатическим узлами), обеспечивающих базовое регулирование температуры, располагаются в основной разветвляющейся системе, посредством которой доставленный горячий воздух (получаемый из отбираемого воздуха) охлаждается и регулируется на конкретное базовое значение температуры. В соответствии с процедурой, известной из уровня техники, это базовое значение температуры определяется как функция температурных требований всех климатических зон, при этом самое низкое (наиболее холодное) температурное требование является определяющим, и блоки кондиционирования воздуха регулируют подаваемый воздух на базовый температурный уровень, так что желаемая температура незамедлительно устанавливается в климатической зоне с самым низким температурным требованием без дополнительного целенаправленного индивидуального температурного регулирования подаваемого воздуха, в основном, смягчаемого блоками кондиционирования воздуха, требующимися для этой цели.

В конце основной разветвляющейся системы находится смесительная камера, от которой отходят разветвляющиеся подсистемы. Климатические зоны с более высокими температурными требованиями, чем температурное требование, которое является определяющим для базового регулирования температуры подаваемого воздуха, требуют в таком случае только индивидуального подогрева воздуха, переносимого в соответствующих разветвляющихся подсистемах, а точнее говоря, в зависимости от соответствующего желаемого значения температуры подаваемого воздуха соответствующей климатической зоны. Обычно этот подогрев обеспечивается путем целенаправленного введения горячего отбираемого воздуха в разветвляющуюся подсистему или/и посредством электрических отопительных агрегатов.

Температурное требование климатической зоны зависит от разницы между измеренной окружающей температурой в климатической зоне и желаемым значением окружающей температуры. Если измерение температуры в одной климатической зоне неверно показывает чрезмерно высокую фактическую окружающую температуру, то для соответствующей климатической зоны это (неверно) означает чрезмерно низкое температурное требование. Если для всех других зон определено более высокое температурное требование, то это означает, что климатическая зона с неправильно измеренной окружающей температурой определяет базовое регулирование температуры подаваемого воздуха в смесительной камере. Ошибки при измерении температуры могут возникать в любой климатической зоне, независимо от размера зоны. Однако если подобного рода неправильное измерение возникает в относительно небольшой или/и незначительной климатической зоне, например в помещении для отдыха обслуживающего экипажа, то это означает, что температурное требование очень небольшой части всей области внутреннего пространства воздушного судна, подлежащей кондиционированию воздуха, определяет базовое регулирование температуры подаваемого воздуха в смесительной камере, а большая часть остального требует индивидуального подогрева подаваемого воздуха в соответствующих разветвляющихся подсистемах. По вполне понятным причинам, это не очень экономично. Высокая потребность в нагреве остальных климатических зон может также превысить тепловую мощность имеющихся в наличии источников тепла, что может привести к тому, что в климатических зонах, которые считаются важными, таких как кабина первого класса, воздух будет подаваться при чрезмерно низкой температуре.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения заключается в создании способа, обеспечивающего кондиционирование воздуха многозонного внутреннего пространства, в частности воздушного судна, таким образом, чтобы оно было экономичным в целом, и поддерживающего как можно более эффективными имеющиеся в наличии источники тепла для индивидуального регулирования температуры подаваемого воздуха в пределах их тепловой мощности.

Для решения этой задачи изобретение предлагает установку кондиционирования воздуха для воздушного судна или других помещений, имеющих множество климатических зон с индивидуальным регулированием температуры, которая содержит

- систему каналов подачи воздуха со смесительной камерой и множеством разветвляющихся подсистем, отходящих от смесительной камеры и в каждом случае ведущих к одной из климатических зон,

- средства базового регулирования температуры для регулирования температуры подаваемого воздуха в смесительной камере в зависимости, по меньшей мере, от одного желаемого значения температуры,

- средства индивидуального регулирования температуры для индивидуального регулирования температуры подаваемого воздуха в каждой из разветвляющихся подсистем в зависимости от желаемого значения температуры соответствующей климатической зоны.

В соответствии с изобретением предусматривается, что средства индивидуального регулирования температуры, предназначенные, по меньшей мере, для одной из климатических зон, содержат, по меньшей мере, один комбинированный теплоэнергетический двигатель, работающий в соответствии с термодинамическим циклическим процессом. Комбинированный теплоэнергетический двигатель представляет собой двигатель, который преобразует подаваемую механическую энергию в тепловую энергию. В рамках термодинамического циклического процесса двигатель создает или увеличивает разницу температур между двумя теплообменными поверхностями, из которых одна может быть использована в качестве полезной теплообменной поверхности для регулирования температуры воздушного потока, а другая может служить в качестве свободной теплообменной поверхности, через которую тепловая энергия поглощается из окружающей среды или же может в окружающую среду выделяться. В соответствии с предпочтительным вариантом комбинированный теплоэнергетический двигатель представляет собой двигатель Стирлинга. Идеальный циклический процесс Стирлинга с двумя изохорическими и двумя изотермическими изменениями состояния очень близко соответствует циклическому процессу Карно, вследствие чего он имеет сравнительно высокий достижимый коэффициент полезного действия. Понятно, что реальный двигатель Стирлинга осуществляет не идеальный процесс Стирлинга, а лишь то приближение, которое практически возможно в реальных условиях. Двигатели Стирлинга, как таковые, доступны в промышленных масштабах. Они описаны в уровне техники для использования в целях передвижения и для использования в качестве тепловых насосов или холодильных насосов.

Однако ограничение только двигателями Стирлинга в рамках изобретения не предполагается. В принципе, могут использоваться также комбинированные теплоэнергетические двигатели, которые работают по другим обратимым термодинамическим циклическим процессам, например, по процессу Карно, по процессу Клаузиуса-Ранкина или по процессу Эриксона.

Комбинированные теплоэнергетические двигатели, такие как, в частности, двигатель Стирлинга, позволяют охлаждать воздушный поток, а не только нагревать его. Для базового регулирования температуры подаваемого воздуха это свойство дает возможность игнорировать температурные требования отдельных, в частности, сравнительно небольших климатических зон, и, следовательно, задавать базовую температуру подаваемого воздуха на уровне, который потенциально лежит выше требуемого температурного уровня для неучтенных климатических зон. Путем выделения, по меньшей мере, одного комбинированного теплоэнергетического двигателя для разветвляющейся подсистемы каждой неучтенной климатической зоны, подаваемый воздух в этих разветвляющихся подсистемах может, по мере надобности, охлаждаться или нагреваться ниже или выше базового требования. Климатические зоны, учитываемые для определения требуемой базовой температуры подаваемого воздуха, могут также ограничиваться зонами, которые имеют первостепенное значение, например, благодаря их размеру и/или использованию. В частности, могут рассматриваться, например, область кабины экипажа или те области кабины, в которых могут находиться авиапассажиры. Такое ограничение приоритетными климатическими зонами позволяет более эффективно переключить базовое регулирование температуры воздушного потока на температурные требования определяющих областей внутреннего пространства воздушного судна. Таким образом, работа установки кондиционирования воздуха может быть более экономична в целом, поскольку можно избежать ситуации, при которой очень низкое температурное требование (возможно, основанное на ошибке) сравнительно маловажной климатической зоны приводит к базовому уровню температуры подаваемого воздуха, который относительно низок повсюду, с тем результатом, что подаваемый воздух приходится без необходимости индивидуально подогревать для большой части областей внутреннего пространства, которые подлежат кондиционированию воздуха. Таким способом легче не допустить перегрузки имеющихся в наличии источников тепла.

Преимущество рассматриваемых здесь реверсивно работающих комбинированных теплоэнергетических двигателей заключается в том, что они требуют заметно меньшего объема технического обслуживания, поскольку имеется замкнутая система, в которой не происходит никаких процессов горения. Они также создают мало шума и обычно имеют достаточно низкую вибрацию.

С целью обеспечения возможности выборочного использования комбинированного теплоэнергетического двигателя для охлаждения или нагревания предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что двигатель находится в приводном соединении или может быть переведен в приводное соединение с приводным электродвигателем, который выполнен с возможностью работы в противоположных направлениях вращения и регулируется регулирующим устройством, установленным с целью изменения направления вращения приводного электродвигателя на обратное. Комбинированный теплоэнергетический двигатель с полезной теплообменной поверхностью устанавливается в системе воздуховодов, которая в противоположных направлениях потока обеспечивает смягчение воздушного потока через полезную теплообменную поверхность в сторону разветвляющейся подсистемы соответствующей климатической зоны. Очевидно, что в объеме изобретения нет намерения, в сущности, ограничить использование комбинированного теплоэнергетического двигателя исключительно для охлаждения или исключительно для нагревания воздушного потока, который должен вводиться во разветвляющуюся подсистему. В этом случае достаточно установить полезную теплообменную поверхность комбинированного теплоэнергетического двигателя в систему воздуховодов, которая обеспечивает только одно направление потока воздуха, смягчаемого посредством этой теплообменной поверхности. В этом случае также не обязательно, чтобы регулирующее устройство было выполнено с возможностью изменения направления вращения приводного двигателя на обратное.

Комбинированный теплоэнергетический двигатель соответствующим образом соединен с вентиляционной установкой, которая создает или нагнетает смягчающий воздушный поток, который переносится через полезную теплообменную поверхность двигателя и вводится в требуемую разветвляющуюся подсистему соответствующей климатической зоны. Вентиляционная установка в направлении потока смягчающего воздуха может содержать, по меньшей мере, один соответствующий вентилятор на любой стороне комбинированного теплоэнергетического двигателя. В качестве альтернативы, вентилятор в направлении потока смягчающего воздуха может быть предусмотрен только на одной стороне комбинированного теплоэнергетического двигателя.

Для использования комбинированного теплоэнергетического двигателя, как в целях охлаждения, так и в целях нагревания, предпочтительно обеспечить, чтобы, по меньшей мере, один вентилятор вентиляционной установки находился в приводном соединении или мог быть переведен в приводное соединение с приводным двигателем, выполненным с возможностью работы в противоположных направлениях вращения и регулируемым регулирующим устройством, установленным для изменения направления вращения приводного двигателя на обратное.

Поток смягчающего воздуха, который переносится через полезную теплообменную поверхность комбинированного теплоэнергетического двигателя и вводится в разветвляющуюся подсистему климатической зоны для индивидуального повышения или снижения температуры на любой стороне комбинированного теплоэнергетического двигателя, может подаваться непосредственно из воздуха, переносимого в этой разветвляющейся подсистеме. С другой стороны, в измененном варианте осуществления смягчающий поток воздуха или, по меньшей мере, его тепловая энергия забирается из области отработанного воздуха воздушного судна. В этом случае, область отработанного воздуха подразумевает такую область внутри воздушного судна, в которой воздух для кондиционирования воздуха уже не требуется. На современном коммерческом воздушном судне, ниже кабины, в которой находятся авиапассажиры и обслуживающий экипаж, располагается подпольная область, которая, среди прочего, используется для размещения груза, при этом то, что называется трюмом, находится ниже подпольной области. На коммерческом воздушном судне подобного рода воздушный приток в кабину обычно осуществляется сверху. Воздух проходит по бокам по стенке фюзеляжа от кабины в подпольную область, а оттуда в трюм. Воздушный поток, передаваемый комбинированным теплоэнергетическим двигателем, может быть взят, например, от отработанного воздуха в трюме.

В одном варианте осуществления изобретения средства индивидуального регулирования температуры содержат, по меньшей мере, один соответствующий комбинированный теплоэнергетический двигатель, предназначенный только для определенного количества климатических зон. В частности, комбинированный теплоэнергетический двигатель предназначен только для тех климатических зон, у которых в случае базового регулирования температуры подаваемого воздуха температурное требование не рассматривается. Следовательно, средства базового регулирования температуры могут быть выполнены таким образом, чтобы регулировать температуру подаваемого воздуха в смесительной камере в зависимости от желаемого значения температуры, по меньшей мере, одной, а в частности, каждой климатической зоны без предназначенного для нее комбинированного теплоэнергетического двигателя, независимо от желаемого значения температуры, по меньшей мере, одной, а в частности, каждой климатической зоны с предназначенным для нее комбинированным теплоэнергетическим двигателем. В климатических зонах без предназначенных для них комбинированных теплоэнергетических двигателей подаваемый воздух, переносимый в соответствующих разветвляющихся подсистемах, может иметь такое же индивидуальное регулирование температуры, как и в уровне техники, например, посредством электрических отопительных агрегатов или/и путем введения горячего отбираемого воздуха.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем, изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых

на фиг.1 показан общий вид установки кондиционирования воздуха воздушного судна, соответствующей одному варианту осуществления изобретения,

на фиг.2 показан первый вариант комбинированного теплоэнергетического двигателя установки кондиционирования воздуха по фиг.1,

на фиг.3 показан второй вариант установленного комбинированного теплоэнергетического двигателя данного типа.

Осуществление изобретения

На фиг.1 во внутреннем пространстве схематично изображенного воздушного судна 10 сформировано множество климатических зон 12, 14, 16, 18, 20 с индивидуальным регулированием температуры. Всего в примере на фиг.1 сформировано пять таких зон. Климатическая зона 12 содержит кабину экипажа воздушного судна, тогда как климатические зоны 14, 16, 18 содержат различные области пребывания пассажиров салона воздушного судна. Климатическая зона 20 представляет собой область салона, который используется только для временного нахождения людей, и, в частности, является комнатой отдыха для обслуживающего экипажа. Следует понимать, что данное полезное разделение различных климатических зон представлено лишь в качестве примера и в любое время можно выбрать иную конфигурацию климатических зон. Следует также учитывать, что представленный на фиг.1 эскиз компоновки климатических зон представляет только схематическое изображение и необязательно соответствует действительности.

Установка 22 кондиционирования воздуха, которая обеспечивает для климатических зон приток воздуха с индивидуальным регулированием температуры через систему 24 каналов подачи воздуха, используется для кондиционирования воздуха климатических зон с 12 по 20. Система 24 каналов подачи содержит основную разветвляющуюся систему 26 со смесительной камерой 28 и множеством разветвляющихся подсистем 30, отходящих от смесительной камеры 28, каждая из которых связана с одной из климатических зон 12-20. Каждая из разветвляющихся подсистем 30 направляет переносимый в ней свежий воздух к одному или большему количеству воздушных выпусков, на которых подаваемый воздух вдувается в соответствующую климатическую зону. Потребляемый воздух переносится (способ переноса не показан) в трюм, сформированный в нижней области фюзеляжа воздушного судна, а оттуда выпускается, по меньшей мере, частично через выпускной клапан в наружную окружающую среду. Часть потребляемого подаваемого воздуха может также рециркулироваться и переноситься обратно в смесительную камеру 28.

Установка кондиционирования воздуха 22 содержит участок базового регулирования температуры, который осуществляет базовое регулирование температуры, по меньшей мере, подаваемого воздуха в смесительной камере 28, поэтому подаваемый воздух в смесительной камере 28 имеет конкретный базовый уровень температуры. В частности, участок базового регулирования температуры содержит один или большее количество блоков 32 кондиционирования воздуха, которые охлаждают горячий воздух, который происходит из отбираемого воздуха и передается через основную разветвляющуюся систему 26, до желаемого уровня базовой температуры. Следует понимать, что между точкой, в которой воздух, отбираемый от двигателя (двигателей) воздушного судна 10, извлекается, и блоками 32 кондиционирования воздуха, в основной разветвляющейся системе 26 может быть установлено несколько компонентов (не показаны) для регулирования пропускной способности или/и предварительного смягчения или/и увлажнения.

Блоки 32 кондиционирования воздуха регулируются электронной установкой 34 управления климатом, схематически показанной на фиг.1 как один блок, в зависимости от температурных требований, по меньшей мере, участка климатических зон 12 - 20. В частности, установка 34 управления климатом регулирует блоки 32 кондиционирования воздуха в зависимости от температурных требований климатических зон 12, 14, 16, 18, но независимо от температурного требования климатической зоны 20.

В каждой климатической зоне хорошо известным и поэтому не показанным способом предусматривается в каждом случае один или большее количество температурных датчиков с целью определения температурных требований климатических зон 12-20. Измерительные сигналы датчиков оцениваются установкой 34 управления климатом с целью определения фактического значения окружающей температуры для каждой климатической зоны. Способом, который также не показан, для каждой из климатической зон 12-20 может быть установлено желаемое значение окружающей температуры, например, на панели управления в кабине экипажа или в области пребывания пассажиров воздушного судна 10. Обслуживающий экипаж может соответственным образом индивидуально задавать желаемые значения окружающей температуры для каждой климатической зоны на панели управления этого типа. Части модулей установки 34 управления климатом, которая на практике не обязательно конструируется в виде единого модуля, а может быть разделена между разными элементами, по выбору частично работающие независимо друг от друга, определяют, исходя из фактических значений окружающей температуры и желаемых значений окружающей температуры, соответствующее отклонение окружающей температуры для каждой из климатических зон с 12 по 20. Установка 34 управления климатом, исходя из отклонений окружающей температуры климатических зон, рассчитывает также соответствующее желаемое значение температуры приточного воздуха для каждой климатической зоны. Дополнительные температурные датчики, не показанные на фиг.1, измеряют температуру подаваемого воздуха в разветвляющихся подсистемах 30, и в частности, рядом с выпусками воздуха в климатические зоны с 12 по 20. Измеренные значения, полученные в этой связи, сравниваются установкой 34 управления климатом, как фактические значения температуры подаваемого воздуха с желаемыми значениями температуры воздуха климатических зон с тем, чтобы рассчитать отклонение температуры подаваемого воздуха для каждой климатической зоны.

Для базового регулирования температуры подаваемого воздуха в смесительной камере 28 установка 34 управления климатом использует желаемые значения температур приточного воздуха (определенных вышеописанным способом) климатических зон 12, 14, 16, 18, но не желаемое значение температуры приточного воздуха климатической зоны 20. Наиболее холодное желаемое значение температуры приточного воздуха климатических зон 12-18 устанавливает базовый температурный уровень притока воздуха, который установка управления климатом осуществляет путем соответствующего регулирования климатических блоков 32. Температура подаваемого воздуха в смесительной камере 28, соответственным образом, задается столь низкой, что ни для какой из климатических зон 12-18 не требуется никакого канализированного охлаждения в соответствующей разветвляющейся подсистеме 30. Для того чтобы получить желаемый уровень температуры приточного воздуха, последующее увеличение температуры в соответствующей разветвляющейся подсистеме 30 требуется, по меньшей мере, для тех зон 12-18, у которых температурное требование (представляемое соответствующим желаемым значением температуры приточного воздуха) выше, чем наиболее низкое температурное требование климатических зон 12-18, которое является определяющим для базового регулирования температуры подаваемого воздуха в смесительной камере 28.

Помимо участка базового регулирования температуры с блоками 32 кондиционирования воздуха, установка 22 кондиционирования воздуха содержит также участок индивидуального регулирования температуры, который обеспечивает индивидуальное регулирование температуры свежего приточного воздуха, переносимого в разветвляющейся подсистеме 30 климатических зон 12-20. Для климатических зон с 12 по 18 этот участок индивидуального регулирования температуры обеспечивает введение горячего воздуха в соответствующую разветвляющуюся подсистему 30, при этом этот горячий воздух происходит из отбираемого воздуха. Горячий воздух пропускается через систему 36 каналов горячего воздуха с индивидуальным регулированием температуры, присоединенную к основной разветвляющейся системе 26 системы каналов 24 подачи приточного воздуха выше по потоку от блоков 32 кондиционирования воздуха, и в каждом случае он может быть дозировано введен через индивидуальный регулирующий клапан 38 в соединенную разветвляющуюся подсистему 30 каждой климатической зоны с 12 по 18. Индивидуальные регулирующие клапаны 38 могут регулироваться установкой 34 управления климатом, наподобие шарового регулирующего клапана 40, который регулирует горячий подаваемый воздух в систему 36 каналов горячего воздуха с индивидуальным регулированием температуры.

С другой стороны, для климатической зоны 20, у которой разветвляющаяся подсистема 30 к системе 36 каналов горячего воздуха с индивидуальным регулированием температуры не присоединяется, участок индивидуального регулирования температуры установки 22 кондиционирования воздуха предусматривает установку 42 комбинированного теплоэнергетического преобразователя, работающую в соответствии с обратимым термодинамическим циклическим процессом, и в частности с процессом Стирлинга, причем эта установка может повысить или понизить воздушный поток, который не происходит из отбираемого воздуха, до желаемого уровня температуры и подает поток воздуха с таким регулированием температуры в разветвляющуюся подсистему 30 климатической зоны 20. Установка комбинированного теплоэнергетического преобразователя 42 также может регулироваться установкой 34 управления климатом.

В то время как базовое регулирование температуры подаваемого воздуха в смесительной камере 28 происходит вышеописанным способом в соответствии с наиболее холодным температурным требованием климатических зон 12-18, индивидуальные регулирующие клапаны 38 и установка 42 комбинированного теплоэнергетического преобразователя регулируются в зависимости от отклонения температуры приточного воздуха климатических зон. Таким образом, температура вдувания подаваемого воздуха индивидуально регулируется в этом месте для каждой из климатических зон с 12 по 20 до соответствующего желаемого значения температуры приточного воздуха. Поскольку климатическая зона 20 не имеет никакого влияния на базовое регулирование температуры подаваемого воздуха в смесительной камере 28, то возможно, что уровень базовой температуры подаваемого воздуха, создаваемого установкой 34 управления климатом в смесительной камере 28, находится выше температурного требования климатической зоны 20. Поскольку установка термодинамического комбинированного теплоэнергетического преобразователя 42 обеспечивает эффективное охлаждение, то при необходимости, в дополнение к нагреванию подаваемого воздушного потока, желаемый климат можно в любое время получить также и в климатической зоне 20.

Следует понимать, что конфигурация, показанная на фиг.1, представляет собой только пример, и в любое время могут быть сделаны изменения. В частности, может быть предусмотрена больше чем одна климатическая зона, отсоединенная от системы 36 каналов горячего воздуха с индивидуальным регулированием температуры, при этом базовое регулирование температуры подаваемого воздуха в смесительной камере 28, соответственно, происходит независимо от температурных требований этого множества климатических зон. Однако необходимо ясно упомянуть о том, что изобретение ни в коем случае не ограничивается конфигурациями, в которых базовое регулирование температуры подаваемого воздуха является независимым от температурных требований одной или большего количества климатических зон с присоединенной установкой термодинамического комбинированного теплоэнергетического преобразователя. Безусловно, является также возможным в базовом регулировании температуры подаваемого воздуха рассматривать климатические зоны, которые могут иметь индивидуальное регулирование температуры и посредством установки термодинамического комбинированного теплоэнергетического преобразователя.

Далее следует обратиться к фиг.2. На ней показаны дополнительные детали установки 42 термодинамического комбинированного теплоэнергетического преобразователя. Установка 42 преобразователя, в качестве существенного компонента, содержит комбинированный теплоэнергетический двигатель 44, и в частности двигатель Стирлинга, который при желании может работать в качестве теплового насоса или холодильного насоса и который в проиллюстрированном примере сконструирован в виде поршневой пары (блока поршень-цилиндр), в так называемой λ-конфигурации. Следует понимать, что вместо конфигурации поршень-цилиндр комбинированного теплоэнергетического двигателя 44, возможны и другие конфигурации, например конфигурации с наклонными шайбами или ротора Ванкеля. Следует также понимать, что проиллюстрированная λ-конфигурация поршне-цилиндрового двигателя 44 также может быть заменена другими конфигурациями, например β-конфигурацией γ-конфигурации. В рамках изобретения, никоим образом не предполагается какого-то ограничения видов комбинированного теплоэнергетического двигателя 44.

Комбинированный теплоэнергетический двигатель 44 присоединен к электродвижущему приводному блоку 46 и может приводиться им в действие. По причине схематического изображения, фиг.2 не показывает приводного соединения между приводным блоком 46 и двигателем 44 в деталях. Однако в рамках изобретения конкретный вариант осуществления этого приводного соединения значения не имеет, вследствие чего обсуждать его более подробно нет необходимости. Однако серийно выпускаемые двигатели Стирлинга и другие комбинированные теплоэнергетические двигатели оборудуются надлежащими механическими сопряжениями для присоединения электрического двигателя, вследствие чего специалист в данной области техники может создать надлежащее механическое соединение между приводным блоком 46 и двигателем 44 в любое время.

В рассматриваемом примере использования двигателя Стирлинга в λ-конфигурации двигатель 44 содержит два поршня 47, 48, которые приводятся в движение приводным блоком 46 и могут перемещаться по оси в цилиндре 50. Между этими двумя поршнями находится рабочий газ. В пространстве между двумя поршнями 47, 48 предусматривается также регенератор 52. Режим работы двигателя Стирлинга данного типа хорошо известен. Здесь будет достаточно ссылки на то, что в рамках выполняемого им термодинамического циклического процесса двигатель проходит через два изохорических изменения состояния, а также (с практическим двигателями) два политропических изменения состояния. Детальные описания режима работы реальных двигателей Стирлинга можно найти в соответствующей литературе.

Комбинированный теплоэнергетический двигатель 44 имеет две теплообменные поверхности 54, 46, между которыми во время работы двигателя 44 устанавливается температурный градиент. Комбинированный теплоэнергетический двигатель 44 устанавливается таким образом, чтобы одна из теплообменных поверхностей, а именно теплообменная поверхность 56 в примере из фиг.2, располагалась на пути воздушного потока, используемого для регулирования температуры воздуха в соответствующей разветвляющейся подсистеме 30. С другой стороны, другая теплообменная поверхность, в данном случае поверхность 54 располагается вне этого потока и используется в качестве свободной теплообменной поверхности, через которую тепловая энергия поглощается окружающей средой или высвобождается на нее, в зависимости от рабочего режима двигателя 44.

В конкретном примере на фиг.2 комбинированный теплоэнергетический двигатель 44 с его полезной теплообменной поверхностью 56 располагается в системе 58 воздушных каналов, которая заканчивается в соответствующей разветвляющейся подсистеме 30 и содержит два параллельных канальных ответвления 60, 62, с воздухоприемниками 64 или 66, мостовым ответвлением 68, проходящим между двумя параллельными канальными ответвлениями, а также общее канальное ответвление 70, которое проходит между точкой слияния двух канальных ответвлений 60, 62 и соответствующей разветвляющейся подсистемой 30. В каждом из двух параллельных канальных ответвлений 60, 62 располагается соответствующий невозвратный клапан 72 или 74. На двух воздухоприемниках 64, 66 располагаются также соответствующие невозвратные клапаны 76 или 78. Комбинированный теплоэнергетический двигатель 44 устанавливается таким образом, что полезная теплообменная поверхность 56 располагается в мостовом ответвлении 68 системы воздушных каналов 58, и может перемещать воздух, протекающий в этом мостовом ответвлении 68 вдоль полезной теплообменной поверхности 56, для того чтобы поглощать при этом тепловую энергию с поверхности 56 или высвобождать ее на эту поверхность.

В дополнение к комбинированному теплоэнергетическому двигателю 44 установка с двумя вентиляторами 84, 86 присоединяется или может быть присоединена (с точки зрения задания движения, через установку приводного вала 80, которая, если она необходима, может иметь муфту 82) к приводному блоку 46, причем вентиляторы располагаются в мостовом ответвлении 68 системы воздушных каналов 58 и устанавливаются на любой стороне полезной теплообменной поверхности 56, т.е. выше и ниже по потоку в направлении воздуха, протекающего в этом ответвлении 68. При поворотах вентиляторы 84, 86 создают или нагнетают воздушный поток в мостовом ответвлении 68. Следует понимать, что количество вентиляторов и место их установки (только на одной стороне полезной теплообменной поверхности 56 или на обеих сторонах) может варьироваться, например, в зависимости от реализованной мощности или/и размера полезной теплообменной поверхности 56 или/и поперечного сечения потока ответвления 68.

Установка 34 управления климатом (или элементный модуль регулирующей установки 34, используемый исключительно для регулирования индивидуального смягчения соответствующей климатической зоны) устанавливается так, чтобы регулировать направление приводного блока 46 и его скорость вращения в зависимости от отклонения температуры приточного воздуха соответствующей климатической зоны, т.е., например, климатической зоны 20 на фиг.1. Полезная теплообменная поверхность 56 комбинированного теплоэнергетического двигателя 44, присоединенная к приводному блоку 46, будет более горячей или более холодной (из двух теплообменных поверхностей 54, 56) в зависимости от направления вращения приводного блока 46. Соответственным образом, воздух, который протекает в мостовом ответвлении 68 либо нагревается, либо охлаждается, в зависимости от направления вращения приводного блока 46. Соответственно, воздух, протекающий в мостовом ответвлении 68, либо нагревается, либо охлаждается, в зависимости от направления вращения приводного блока 46. Уровень температуры полезной теплообменной поверхности 56 зависит в этом случае от скорости вращения приводного блока 46, вследствие чего, в зависимости от скорости вращения приводного блока 46, осуществляется другой уровень нагревания либо охлаждения воздуха, протекающего в мостовом ответвлении 68.

При пуске приводного блока в одном направлении вращения вращающиеся вентиляторы 84, 86 создают подсос в мостовом ответвлении 68, что приводит к открытию невозвратного клапана 76, так что воздух протекает через приемник 64 и проходит в мостовое ответвление 68. Втекающий воздух открывает невозвратный клапан 74 в канальном ответвлении 62 и, в конечном счете, проходит через общее канальное ответвление 70 в разветвляющуюся подсистему 30. С другой стороны, при пуске в противоположном направлении вращения вентиляторами 84, 86 создается подсос в мостовом ответвлении 68 в противоположном направлении, так что воздух протекает через приемник 66 в мостовое ответвление 68. Далее этот втекающий воздух открывает невозвратный клапан 72 в канальном ответвлении 70 и протекает через канальное ответвление 60 и общее канальное ответвление 70 в разветвляющуюся подсистему 30. Воздухоприемники 64, 66 могут быть расположены, например, в трюме воздушного судна. Место установки комбинированного теплоэнергетического двигателя 44 в воздушном судне предпочтительно таково, что свободная теплообменная поверхность 54 также находится в области отработанного воздуха воздушного судна, так что положительное или отрицательное потребление тепловой энергии, необходимое для нагревания или охлаждения воздушного потока в мостовом ответвлении 68, происходит из отработанного воздуха воздушного судна. В качестве альтернативы, возможно использование положительного или отрицательного избыточного тепла от свободной теплообменной поверхности 54 для целенаправленного обратного регулирования другой области воздушного судна.

На фиг.2 изображен также температурный датчик 88, который измеряет фактическую окружающую температуру в климатической зоне, обеспечиваемую разветвляющейся подсистемой 30, и дополнительный температурный датчик 90, который измеряет фактическую температуру свежего подаваемого воздуха, переносимого в разветвляющейся подсистеме 30. Второе измеренное значение отражает вышеупомянутое фактическое значение температуры приточного воздуха. Как было упомянуто выше, установка 34 управления климатом, исходя из измеренных значений, обеспеченных датчиками 88, 90, и желаемого значения окружающей температуры для соответствующей климатической зоны, которая может быть установлена на панели управления 92 обслуживающим экипажем, определяет отклонение температуры приточного воздуха и регулирует приводной блок 46 на предмет устранения этого отклонения.

На фиг.3 под теми же ссылочными номерами, хотя и дополненными строчными буквами, обозначены идентичные или идентично действующие компоненты. Вариант, показанный на этом чертеже, отличается от варианта на фиг.2 тем, что воздушный поток, переносимый через полезную теплообменную поверхность 56а комбинированного теплоэнергетического двигателя 44а, забирается непосредственно из свежего подаваемого воздуха, переносимого в разветвляющейся подсистеме 30а. С этой целью воздухоприемники 64а, 66а были превращены в параллельные канальные ответвления, которые присоединяются к разветвляющейся подсистеме 30а с помощью дополнительного общего канального ответвления 94а выше по потоку от канального ответвления 70а. Таким образом, воздух протекает из разветвляющейся подсистемы 30а либо через воздухоприемное ответвление 64а, или через воздухоприемное ответвление 66а в зависимости от направления подсоса в мостовом ответвлении 68а.

Изобретение относится к области авиационной техники. Установка (22) кондиционирования воздуха для воздушного судна (10), имеющего множество климатических зон (с 12 по 20) с индивидуальным регулированием температуры, содержит основную ответвляющуюся систему (26), содержащую систему (24) каналов подачи воздуха со смесительной камерой (28) и множеством разветвляющихся подсистем (30), средства (32) базового регулирования температуры, средства (36, 38, 40, 42) индивидуального регулирования температуры. Средства (36, 38, 40, 42) индивидуального регулирования температуры используются для индивидуального регулирования температуры подаваемого воздуха в каждой из разветвляющихся подсистем (30) в зависимости от желаемого значения температуры соответствующей климатической зоны и содержат один комбинированный теплоэнергетический двигатель (44), работающий в соответствии с термодинамическим циклическим процессом. Достигается экономичное кондиционирование воздуха многозонного пространства. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка кондиционирования воздуха (22) для воздушного судна (10) или других помещений, имеющих множество климатических зон (12-20) с индивидуальным регулированием температуры, содержащая систему (24) каналов подачи воздуха со смесительной камерой (28) и множеством разветвляющихся подсистем (30), отходящих от смесительной камеры и в каждом случае ведущих к одной из климатических зон, средства (32) базового регулирования температуры для регулирования температуры подаваемого воздуха в смесительной камере (28) в зависимости, по меньшей мере, от одного желаемого значения температуры, средства (36, 38, 40, 42) индивидуального регулирования температуры для индивидуального регулирования температуры подаваемого воздуха в каждой из разветвляющихся подсистем (30) в зависимости от желаемого значения температуры соответствующей климатической зоны, причем средства индивидуального регулирования температуры, предназначенные, по меньшей мере, для одной из климатических зон (20), содержат, по меньшей мере, один комбинированный теплоэнергетический двигатель (44), работающий в соответствии с термодинамическим циклическим процессом, а средства базового регулирования температуры выполнены с возможностью регулирования температуры подаваемого воздуха в смесительной камере (28) в зависимости от желаемого значения температуры, по меньшей мере, одной климатической зоны (12-18) без предназначенного для нее комбинированного теплоэнергетического двигателя, независимо от желаемого значения температуры, по меньшей мере, одной климатической зоны (20) с предназначенным для нее комбинированным теплоэнергетическим двигателем (44).

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что комбинированный теплоэнергетический двигатель (44) представляет собой двигатель Стирлинга.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что комбинированный теплоэнергетический двигатель (44) находится в приводном соединении или может быть переведен в приводное соединение с приводным двигателем (46), выполненным с возможностью работы в противоположных направлениях вращения, и регулируемым регулирующим устройством (34), предназначенным для изменения направления вращения приводного двигателя на обратное, причем комбинированный теплоэнергетический двигатель с полезной теплообменной поверхностью (56) установлен в системе (58) воздуховодов, которая может пропускать в противоположных направлениях смягчающий воздушный поток через полезную теплообменную поверхность в сторону разветвляющейся подсистемы (30) соответствующей климатической зоны (20).

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что с комбинированным теплоэнергетическим двигателем (44) связана вентиляционная установка (84, 86), создающая или нагнетающая смягчающий воздушный поток, который переносится через полезную теплообменную поверхность (56) двигателя и который должен вводиться в разветвляющуюся подсистему (30) соответствующей климатической зоны (20).

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что в направлении потока смягчающего воздуха вентиляционная установка содержит, по меньшей мере, один соответствующий вентилятор (84, 86) на любой стороне комбинированного теплоэнергетического двигателя (44).

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что в направлении потока смягчающего воздуха вентиляционная установка содержит вентилятор только на одной стороне комбинированного теплоэнергетического двигателя (44).

7. Установка по любому из пп.4-6, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один вентилятор (84, 86) вентиляционной установки находится в приводном соединении или может быть переведен в приводное соединение с приводным двигателем (46), выполненным с возможностью работы в противоположных направлениях вращения, и регулируемым регулирующим устройством (34), предназначенным для изменения направления вращения приводного двигателя на обратное.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что поток смягчающего воздуха, который переносится через полезную теплообменную поверхность (56а) комбинированного теплоэнергетического двигателя (44а) и который должен вводиться в разветвляющуюся подсистему (30а) соответствующей климатической зоны (20а), вводится из подаваемого воздуха, переносимого в этой разветвляющейся подсистеме.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что поток смягчающего воздуха, который переносится через полезную теплообменную поверхность (56) комбинированного теплоэнергетического двигателя (44) и который должен вводиться в разветвляющуюся подсистему (30) соответствующей климатической зоны (20), или же его тепловая энергия забирается из области отработанного воздуха воздушного судна (10).

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средства индивидуального регулирования температуры содержат, по меньшей мере, один соответствующий комбинированный теплоэнергетический двигатель (44), предназначенный только для определенного количества климатических зон (20) из климатических зон (12-20).

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что средства базового регулирования температуры выполнены с возможностью регулирования температуры подаваемого воздуха в смесительной камере (28) в зависимости от желаемого значения температуры, по меньшей мере, одной, а в частности каждой, климатической зоны (12-18) без предназначенного для нее комбинированного теплоэнергетического двигателя, независимо от желаемого значения температуры, по меньшей мере, одной, а в частности каждой, климатической зоны (20) с предназначенным для нее комбинированным теплоэнергетическим двигателем (44).