CN105903346B - 一种机舱新风臭氧转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机舱新风臭氧转换装置，臭氧转换器芯体垂直或平行设置在主体内部；臭氧转换器芯体由多个催化剂装置组成；催化剂装置包括固定装置，在固定装置的两侧均设有催化剂结构层；催化剂结构层由均匀负载在吸附性材料体外表面的臭氧去除催化剂组成。自飞机发动机引气的含臭氧新风气流，通过新风入口进入臭氧转换器内部，在催化剂结构层的表面被吸附并被催化剂催化分解，去除臭氧后的达标气流从气流出口排出后进入机舱环控系统进行空气调节，达到了提高低浓度条件下臭氧去除的效果，具有臭氧去除效率高和成本低的特点，实现臭氧的分解去除的目的，可使得新风臭氧浓度达到适航标准规定的浓度范围。

Description

一种机舱新风臭氧转换装置
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种机舱新风臭氧转换装置。
背景技术
飞机在平流层巡航，这里的空气中物含量小、云层少、能见度高。平流层中含有较高浓度的臭氧，能够大量的吸收紫外线，保护地球上的生物免受太阳光中紫外线的致命侵袭。但飞机在巡航高度飞行，舱外臭氧以新风的形式进入机舱，却成了舱内的主要污染物之一。研究发现，臭氧是引起舱内人员不适的主要因素。1973年能源危机以前，飞机的飞行高度约在7—10km范围内，机舱内臭氧浓度很低，而且机舱内空气几乎为全新风供应，舱内的空气质量较好，臭氧引起人体的不适还未进入人们的视线。能源危机之后，为了节约能源消耗，飞机飞行高度提高到了13.7km，且飞机座舱环控系统采用50％的新风与50％的回风混合的送风模式，使得舱外臭氧以新风的形式进入机舱。至此以后，机舱内的空气质量问题就逐步引起了人们的关注，越来越多的人开始抱怨乘坐飞机时身体的不适。
如1976年，美国泛美航空公司引入一种新型商用客机——波音747SP，该机型因尺寸小、重量轻而具有飞行高度高、飞行速度快等优点，但在飞行过程中却频繁遭到乘客的抱怨，主要表现为乘坐过程中出现咳嗽、气短、胸闷甚至是咳血等症状。监测发现，臭氧是引起机舱人员身体不适的关键因素，整个飞行过程中，机舱内臭氧平均浓度高达0.86mg/m3，2小时平均值为1.39mg/m3，峰值浓度高达2.34mg/m3。乘客所表现出来的诸多症状，正是臭氧浓度过高所致。至此，臭氧的去除进入人们的视线。臭氧转换器已经成为飞机飞行中必不可少的部件。美国联邦航空局(FAA)标准规定：当飞机飞行高度高于5.5千米时，机舱内臭氧浓度峰值不超过0.64mg/m3,两小时内的均值不超过0.214mg/m3，并强制要求执行。为了达到FAA提出的标准要求，人们提出了不同的方法对进入机舱内的臭氧进行净化以达到标准的规定。目前，大部分飞机都装有臭氧转换器，一般安装于航空发动机的压气机新风抽气口后面。新风经压气机后，温度升高，其温度范围在150-210℃之间，为臭氧的热催化去除提供了必要的温度条件。
早期的臭氧去除方法包括有活性炭的吸附方法，但活性炭自重大，增加了飞机能耗，且吸附材料存在吸附饱和特性，需要定期更换滤芯，无形中增加了臭氧去除的成本。为此，人们提出采用蜂窝陶瓷或蜂窝金属为载体进行催化剂的负载，以减小通风阻力和臭氧转换器的自重，但蜂窝陶瓷易碎，在飞行过程中抗冲击性差，蜂窝金属载体催化剂制备工艺复杂，成本高，且在低浓度下臭氧去除中效果不佳。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种机舱新风臭氧转换装置。
为实现上述目的，本发明提供一种机舱新风臭氧转换装置，包括：
主体，在所述主体一端连接有变径管道A，所述主体的另一端连接有变径管道B，臭氧转换器芯体设置在所述主体内底部；
所述变径管道A一端连接有进风管，所述进风管一端为气流入口；
所述变径管道B一端连接有出风管，所述出风管一端为气流出口；
所述臭氧转换器芯体由多个催化剂装置组成；所述催化剂装置包括固定装置，在所述固定装置的两侧均设有催化剂结构层；所述催化剂结构层包括多层吸附性材料体，在所述吸附性材料体的外表面均匀负载上多个臭氧去除催化剂；
所述臭氧转换器芯体垂直设置在所述主体内底部时，多个所述吸附性材料体为环形排列或层状排列；
所述臭氧转换器芯体平行设置在所述主体内底部时，多个所述吸附性材料体为层状排列；
多个所述催化剂装置为圆形、椭圆形或矩形。
作为本发明进一步改进，多个所述催化剂装置为矩阵式排列或由小到大依次套装而成的圆柱形状。
作为本发明进一步改进，相邻两个所述催化剂装置之间设有气流通道。
作为本发明进一步改进，所述气流入口与机舱新风发动机引气的压气机抽气口或机舱电动机引气的新风出口连接，为机舱新风臭氧转换装置提供新风气流。
作为本发明进一步改进，所述吸附性材料体为轻质的活性炭滤网或泡沫活性炭或活性炭纤维或活性炭滤网加工的二次结构体。
作为本发明进一步改进，所述主体中部的中轴截面为方形或圆形，所述主体为金属材质或非金属材质。
作为本发明进一步改进，所述变径管道A与所述气流入口、所述变径管道B与所述气流出口构成渐扩形和渐缩形结构。
作为本发明进一步改进，所述臭氧去除催化剂是过渡金属及所述过渡金属的氧化物或贵金属及所述贵金属的氧化物。
作为本发明进一步改进，所述过渡金属及所述过渡金属氧化物催化剂是锰及所述锰的氧化物或铜及所述铜的氧化物或具有臭氧去除效果的过渡金属及所述过渡金属氧化物的任意组合；
所述贵金属及所述贵金属的氧化物是钯及所述钯的氧化物或铂及所述铂的氧化物或金及所述金的氧化物或具有臭氧去除效果的贵金属及所述贵金属氧化物的任意组合。
作为本发明进一步改进，所述固定装置为方形金属板状或圆柱形金属网状。
本发明的有益效果为：自飞机发动机引入的具体有一定温度的含臭氧新风气流，通过新风入口进入臭氧转换器内部，在催化剂结构层的表面被吸附并被催化剂催化分解，去除臭氧后的达标气流从气流出口排出后进入机舱环控系统进行空气调节，通入机舱。集吸附技术与热催化技术相结合去除臭氧，可以提高低浓度条件下臭氧的去除效果，并具有体积小、重量轻、阻力低、臭氧去除效率高和成本低的特点，适用于大型客机机舱对于新风中臭氧去除的需求。
附图说明
图1为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的结构示意图；
图2为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的催化剂结构层的结构示意图；
图3为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的催化剂装置的结构示意图；
图4为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的方形臭氧转换器芯体平行设置剖面示意图；
图5为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的方形臭氧转换器芯体垂直设置的剖面图；
图6为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的圆柱形催化剂结构层的示意图；
图7为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的圆柱形催化剂芯体的结构示意图；
图8为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的方形网状固定装置的示意图；
图9为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的方形催化剂芯体的结构示意图；
图10为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的方形臭氧转换器芯体的剖面图。
图11为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的圆形网状催化剂结构固定装置示意图；
图12为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的椭圆型网状固定装置的结构示意图；
图13为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的椭圆形催化装置的结构示意图；
图14为本发明一种机舱新风臭氧转换装置的椭圆筒型臭氧转换器芯体结构示意图。
图中：1、气流入口；2、进风管；3、主体；4、臭氧转换器芯体；5、出风管；6、气流出口；7、变径管道A；8、固定装置；9、催化剂结构层；10、催化剂装置；11、吸附材料体；12、催化剂；13、气流；14、气流通道；15、变径管道B。
具体实施方式
实施例1如图1-4所示，本发明实施例一种机舱新风臭氧转换装置，包括：主体3，主体3中部沿A-A剖面所形成的截面为方形或圆形，主体3为金属材质或非金属材质；在主体3一端连接有变径管道A7，主体3的另一端连接有变径管道B15，臭氧转换器芯体4设置在主体3内底部；径管道A7一端连接有进风管2，进风管2一端为气流入口1；径管道B15一端连接有出风管5，出风管5一端为气流出口6；变径管道A7与气流入口1、变径管道B15与气流出口6构成渐扩形和渐缩形结构。臭氧转换器芯体4由多个催化剂装置10组成；催化剂装置10包括固定装置8，固定装置8为方形、圆柱形或椭圆柱形，其结构为网状或平板状，材质是金属或非金属。在固定装置8的两侧均设有催化剂结构层9；催化剂结构层9包括多层吸附性材料体11，吸附性材料体11为轻质的活性炭滤网或泡沫活性炭或活性炭纤维或活性炭滤网加工的二次结构体。在吸附性材料体11的外表面均匀负载上多个臭氧去除催化剂12。臭氧去除催化剂12是过渡金属及过渡金属的氧化物或贵金属及贵金属的氧化物。过渡金属及过渡金属氧化物催化剂可以是锰及锰的氧化物(Mn、MnO2)或铜及铜的氧化物(Cu、CuO)或具有臭氧去除效果的过渡金属及所述过渡金属氧化物的任意组合。贵金属及贵金属的氧化物可以是钯(Pd)金属以及钯的氧化物(PdO，或PdO2)，金属催化剂及铂的氧化物(PtO，或PtO2催化剂)或具有臭氧去除效果的贵金属及所述贵金属氧化物的任意组合。臭氧转换器芯体4垂直设置在主体3内底部时，多层吸附性材料体11为环形排列或层状排列；臭氧转换器芯体4平行设置在主体3内底部时，多层吸附性材料体11为层状排列。多个催化剂装置10为圆形、椭圆形或矩形。多个催化剂装置10为矩阵式排列或由小到大依次套装而成的圆柱形状，相邻两个催化剂装置10之间设有气流通道14。
这样，来自飞机发动机引气的含臭氧新风气流13，通过新风气流入口1进入臭氧转换器芯体4内部，在催化剂结构层9的表面被吸附并被催化剂催化分解，去除臭氧后的达标气流从气流出口6排出后进入机舱环控系统进行空气调节，进入机舱。
实施例2:
与实施例1相似，只是多组平行布置的方形催化剂装置10垂直于方形外壳的底面布置，如图5所示为沿A-A剖面所形成的臭氧转换器芯体4结构示意图。
实施例3：
与实施例1相似，只是构成臭氧转换器的主体3和臭氧转换器芯体4为圆柱形，催化剂结构层9被固定在圆柱形固定装置8的两侧，形成圆柱形催化剂装置10，如图6所示。不同直径的催化剂装置以一定的间距形成圆柱形催化剂芯体4，如图7所示为沿A-A剖面所形成的圆柱形臭氧转换器芯体4结构剖面示意图。
实施例4：
与实施例2相似，只是催化剂结构9被固定在方形网状固定装置8的两侧，如图8为沿B-B剖面所形成方形网状固定装置8的示意图，图9为沿B-B剖面所形成的方形催化剂装置10，图10为多组平行的方形催化剂装置10所形成的臭氧转换器芯体4垂直于进风方向布置，并以公知的方式固定在主体3的内部。
实施例5：
与实施例4相似，只是固定装置8为圆形网状结构，如图11所示。催化剂结构层9固定在固定装置8上形成圆形催化剂装置10。多组平行布置的催化剂装置10形成的转换器芯体垂直气流方向布置在圆柱型壳体3内部，不同的A催化剂装置10之间距离大于0cm。
实施例6：
与实施例5相似，只是固定装置8为空心网状结构，本实施例为椭圆状空心网状结构，如图12所示。图13所示为沿B-B剖面所催化剂结构9固定在其上形成的催化剂装置10。图14所示为沿B-B剖面形成的多组平行布置的催化剂装置10形成的转换器芯体并且垂直于气流方向布置在圆柱型主体3内部，不同的催化剂装置10之间距离大于0cm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机舱新风臭氧转换装置，其特征在于，包括：
主体(3)，在所述主体(3)一端连接有变径管道A(7)，所述主体(3)的另一端连接有变径管道B(15)，臭氧转换器芯体(4)设置在所述主体(3)内底部；
所述变径管道A(7)一端连接有进风管(2)，所述进风管(2)一端为气流入口(1)；
所述变径管道B(15)一端连接有出风管(5)，所述出风管(5)一端为气流出口(6)；
所述臭氧转换器芯体(4)由多个催化剂装置(10)组成；所述催化剂装置(10)包括固定装置(8)，在所述固定装置(8)的两侧均设有催化剂结构层(9)；所述催化剂结构层(9)包括多层吸附性材料体(11)，在所述吸附性材料体(11)的外表面均匀负载上臭氧去除催化剂(12)，所述吸附性材料体(11)为轻质的活性炭滤网或泡沫活性炭或活性炭纤维或活性炭滤网加工的二次结构；
所述臭氧转换器芯体(4)垂直设置在所述主体(3)内底部时，多层所述吸附性材料体(11)为环形排列或层状排列；
所述臭氧转换器芯体(4)平行设置在所述主体(3)内底部时，多层所述吸附性材料体(11)为层状排列；
多个所述催化剂装置(10)为圆形、椭圆形或矩形；多个所述催化剂装置(10)为矩阵式排列或由小到大依次套装而成的圆柱形状；相邻两个所述催化剂装置(10)之间设有气流通道(14)。
2.根据权利要求1所述的机舱新风臭氧转换装置，其特征在于：所述气流入口(1)与机舱新风发动机引气的压气机抽气口或机舱电动机引气的新风出口连接，为机舱新风臭氧转换装置提供新风气流。
3.根据权利要求1所述的机舱新风臭氧转换装置，其特征在于：所述主体(3)中部的中轴截面为方形或圆形，所述主体(3)为金属材质或非金属材质。
4.根据权利要求1所述的机舱新风臭氧转换装置，其特征在于：所述变径管道A(7)与所述气流入口(1)、所述变径管道B(15)与所述气流出口(6)构成渐扩形和渐缩形结构。
5.据权利要求1所述的机舱新风臭氧转换装置，其特征在于：所述臭氧去除催化剂(12)是过渡金属及所述过渡金属的氧化物或贵金属及所述贵金属的氧化物。
6.据权利要求5所述的机舱新风臭氧转换装置，其特征在于：所述过渡金属及所述过渡金属氧化物催化剂是锰及所述锰的氧化物或铜及所述铜的氧化物或具有臭氧去除效果的过渡金属及所述过渡金属氧化物的任意组合；
所述贵金属及所述贵金属的氧化物是钯及所述钯的氧化物或铂及所述铂的氧化物或金及所述金的氧化物或具有臭氧去除效果的贵金属及所述贵金属氧化物的任意组合。
7.权利要求1所述的机舱新风臭氧转换装置，其特征在于：所述固定装置(8)为方形金属板状或圆柱形金属网状。
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