CN111268141A - 飞机高温消毒灭菌空调系统及消毒灭菌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种飞机高温消毒灭菌空调系统及消毒灭菌方法，该系统在传统飞机空调系统的基础上增加了高温消毒灭菌再循环空气装置，该再循环空气装置包括高温消毒灭菌再循环空气管路、加热器、高温引射混合腔和初级换热器旁路；再循环空气管路连接到高温引射混合腔，通过引射器的引射作用与高温的发动机引气混合后，混合后的高温气体通过初级换热器旁路，进入压缩机进行压缩升温，再通过二级换热器和涡轮的冷却，并调节到合适的温度，继而供往飞机座舱。该系统及方法使其能够对飞机空调系统的再循环空气进行高温消毒灭菌，从而保障飞机座舱供气的洁净度和机载人员的卫生安全，从而达到杀灭传染性病毒，抑制人员交叉传染的作用。
Description
技术领域
本发明涉及飞机及民航领域，具体涉及到一种飞机机载空调系统。
背景技术
随着民航事业的发展，飞机越来越多的被人们选为平常出行的交通工具。近年来，民航飞机的飞行架次和出行人次都有显著提高。飞机飞行过程中，飞机座舱属于一个密闭的空间环境，其舱室内人员的健康安全以及舒适性是需要重点考虑的一个问题。飞机空调系统就是通过调节飞机座舱环境压力、温度、湿度等参数，从为飞机上乘客和机务人员提供一个健康、舒适环境的重要机制系统。
近年来由于一系列流感病毒和冠状病毒的肆虐，如2003年的SARS病毒、2009年的H1N1病毒、以及其后的Ebola病毒、2019-nCov等。相关报道显示，交通工具中的传播亦是病毒传播扩散的方式之一。这些病毒的高传染性以及病死率使得疫情期间人们对公共交通运输产生排斥和恐慌。在2020年新型冠状疫情中，公共交通几乎瘫痪，包括民航运输体系，受到严重影响。对民用航空飞行器而言，飞机座舱就是一个密闭的狭小空间，从经济性和发动机性能等多方面考虑，飞机空气调节系统（空调系统）含有一部分舱内的循环空气，因此座舱内的空气品质涉及乘客安全健康，如何在疫期保障飞机座舱公共卫生安全亦是飞机空调系统需要重点考虑的问题之一。
目前，民航客机主要采用的机载空调系统为50/50混合空气配比供气系统。这种供气系统50%的混合气体来自舱外新鲜空气（通常为发动机引气），另外50%则为座舱的再循环空气。而这部分再循环空气中有可能会含有携带者呼出的病毒、细菌等有害成分。虽然空调系统有完备的过滤洁净组件，但还是针对目前已知病毒和细菌，对于新型病毒，特别是未知的传染性强的病毒，并不能完全解决。在一些新型传染性病毒或者细菌疫情期间，这对旅客身体健康和生命安全是个极大的威胁。因此亟需一种新型飞机空调系统，能够对传染性病毒和细菌进行杀灭，以保证飞机舱室内的人员健康卫生安全，为大规模传染性疾病的防护和疫期国民经济运输保障提供安全可靠的快速运输能力，保障国民经济的正常运行。
本发明是利用飞机发动机引气和压缩机-涡轮机构，通过前端混合方式，在一定高温条件下，对飞机座舱再循环空气中的传染性病毒和细菌进行高温消毒灭菌，从而提高了飞机座舱供气的空气品质，抑制了飞机座舱病毒传播性，保障了飞机乘客和机载乘务人员的健康卫生安全。
发明内容
本发明的目的在于解决传统飞机空调系统再循环空气洁净度还不能百分之百杀灭病毒和细菌（特别是一些新型高传染性病毒和细菌），从而导致的飞机座舱供气空气品质未达到无传染性要求和解决旅客疑虑等问题，提供了一种新型飞机空调系统，使其能够对飞机空调系统的再循环空气进行高温消毒灭菌，从而保障飞机座舱供气的洁净度和机载人员（乘客和机务人员）的卫生安全，从而达到杀灭传染性病毒（如SARS、2019-nCoV等），抑制人员交叉传染的作用。
为了实现上述目的，本发明通过具有以下特征的飞机高温消毒灭菌空调系统来实现，具体技术方案如下：
本发明系统在传统飞机空调系统的基础上增加了高温杀毒灭菌再循环空气管路，主要包括高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门、加热器、高温引射混合腔、引射器、初级换热器旁路阀门以及传统飞机空调系统各部件。
其中，所述再循环空气经过再循环空气主管路，分为高温杀毒灭菌再循环空气管路和普通再循环空气管路，所述高温杀毒灭菌再循环空气管路与发动机引气主管路相连。
所述高温杀毒灭菌再循环空气管路上有控制本支路开关的单向阀门和加热器。
所述再循环空气与发动机引气在高温引射混合腔内相混合，所述高温引射混合腔内具有引射装置（引射器）。
所述普通再循环空气管路上有单向阀门用以控制本支路的开启与闭合。
初级换热器前具有一个旁路，旁路上有一阀门，可以控制气流绕过初级换热器。
在正常工况下，普通再循环空气管路阀门开启，高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门闭合，初级换热器旁路阀门闭合。此时，高温杀毒灭菌再循环空气管路不工作，再循环空气经过普通再循环空气管路在混合腔中与经过冷却的发动机引气新风进行混合，继而供往座舱。
在特殊工况下（如一些新型传染性病毒或者细菌疫情期间），普通再循环空气管路阀门闭合，高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门开启，初级换热器旁路阀门开启。此时，高温杀毒灭菌再循环空气管路工作，普通再循环空气管路不工作，再循环空气经过加热器进行升温，然后通过混合腔内的引射器的引射在高温引射混合腔中与高温的发动机引气混合，混合后气体温度较高，从而达到消毒灭菌的作用。混合后的气体，经过初级换热器旁路，进入压缩机，经过压缩机压缩后，混合气体的温度进一步升高，从而可以进一步进行消毒灭菌，最后混合气体经过二级换热器的散热和涡轮的冷却，调节到合适的温度，继而供往座舱。其中，引射器通过引射作用不仅可以使再循环空气与发动机引气在高温引射混合腔内更充分的混合，使混合气体的温度更均匀，达到更好的消毒灭菌效果，而且还可以减少动力代偿，节约成本。
基于上述飞机高温消毒灭菌空调系统，本发明系统的具体操作和实现方法如下：
1、 在特殊工况下（如一些新型传染性病毒或者细菌疫情期间），普通再循环空气管路阀门闭合，高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门开启。高温杀毒灭菌再循环空气管路工作，普通再循环空气管路不工作，再循环空气经过高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门进入高温杀毒灭菌再循环空气管路；
2、 再循环空气进入高温杀毒灭菌再循环空气管路后经过加热器进行加热，使其温度升高，对气体中有害细菌病毒进行初步的消毒灭菌；
3、 高温杀毒灭菌再循环空气管路中的再循环空气经过引射器的引射作用，快速进入高温引射混合腔，并与高温的发动机引气（通常能达到400K以上）充分混合，混合后气体温度较高，从而进一步达到消毒灭菌的作用。由于引射器的作用，气体在高温混合腔内混合更充分，温度更均匀，从而进一步提升消毒灭菌效果；
4、 此时，初级换热器旁路阀门开启，混合后的气体，经过初级换热器旁路，避免了与初级换热器的换热冷却，可以保证混合气体的持续高温消毒灭菌；
5、 随后混合气体进入压缩机，经过压缩机压缩后，混合气体的温度进一步升高，从而可以进一步进行消毒灭菌；
6、 最后混合气体经过二级换热器的散热和涡轮的冷却，并调节到合适的温度，继而供往座舱。
作为一种优选，所述系统中可以省略加热器，从而减轻飞机空调系统的质量，降低飞机代偿损失，节约成本。
本发明采用以上技术方案与现有系统和技术相比，具有以下技术效果：
本发明的飞机高温消毒灭菌空调系统，通过增加高温杀毒灭菌再循环空气管路的方法，使得飞机空调系统在满足一定经济性的同时，对飞机空调系统的再循环空气进行了高温消毒灭菌处理，从而大大降低空气的有害成分，提高了飞机座舱供气的空气品质，防止传染性病毒和细菌通过再循环空气系统回到座舱，造成交叉传染。从而抑制了飞机座舱病毒传播性，提高了飞机乘客和机载乘务人员的健康安全，保证了高传染性疫情条件下民航运输的安全可靠。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1为发明的飞机高温消毒灭菌空调系统；
图中标记名称：Ⅰ、发动机引气，Ⅱ、冲压空气，Ⅲ、再循环空气，Ⅳ、座舱供气；1、发动机引气主管路（管线），2、空调系统主管路，3、涡轮出口除冰旁路，4、供气温度调节旁路，5、涡轮出口温度调节旁路，6、压缩机过热调节旁路，7、水分离（除水）支路，8、普通再循环空气管路，9、高温杀毒灭菌再循环空气管路，10、再循环空气主管路；11、发动机引气单向阀门，12、初级换热器，13、二级换热器，14、水喷洒器，15、压缩机，16、涡轮，17、压缩机过热调节阀门，18、水分离器，19、温度传感调节器，20、温度调节阀门，21、涡轮出口除冰阀门，22、供气温度调节阀门，23、普通再循环空气管路阀门，24、混合腔，25、高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门，26、加热器，27、高温引射混合腔，28、引射器，29、初级换热器旁路阀门，30、风扇。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的飞机高温消毒灭菌空调系统方案做进一步的详细说明：
实施例1
现有的飞机空调系统包括以下几部分：
空气气源主要包含：1、发动机引气Ⅰ，2、冲压空气Ⅱ、3、再循环空气Ⅲ，其中，发动机引气Ⅰ有三条管路：空调系统主管路2、涡轮出口除冰旁路3、供气温度调节旁路4。从发动机而来的高温气体，经过空调系统主管路2，依次通过初级换热器12、压缩机15、次级换热器13、涡轮16进行热交换，并通过水分离器18分离出游离态的水，最后来到混合腔24与从普通再循环空气管路8而来的再循环空气Ⅲ进行混合，最后供往飞机座舱。
当涡轮出口温度过低，出现结冰时，涡轮出口除冰旁路3上的除冰阀门21开启，高温气体被引致涡轮出给涡轮进行除冰。
供气温度调节旁路4主要用过调节供往飞机座舱的温度，使其达到设计的温度要求。整个系统包含空气循环和温度调节功能。
冲压空气Ⅱ用于给初级换热器12、二级换热器13进行降温。
水分离器18连接有水分离（除水）支路7，水分离（除水）支路7将分离出的游离态水带入到冲压空气Ⅱ气道中，进一步为初级换热器12、二级换热器13降温。
现有的飞机空调系统，再循环空气Ⅲ与新鲜空气在混合腔24中混合后直接供给了飞机座舱，如果再循环空气中含有病毒、细菌等，将得不到有效的消毒和灭活，不利于机载人员的健康安全。
本发明飞机高温灭菌空调系统，在传统飞机空调系统的基础上，增加了高温灭菌再循环空气装置，所述高温灭菌再循环空气装置包括高温杀毒灭菌再循环空气管路、高温引射混合腔、引射器、初级换热器旁路；所述高温杀毒灭菌再循环空气管路连接在传统飞机空调系统中的再循环空气主管路中，所述高温杀毒灭菌再循环空气管路连接到所述高温引射混合腔，通过所述引射器的引射作用与高温的发动机引气混合后，混合后的高温气体通过初级换热器旁路，进入压缩机进行压缩升温，再通过二级换热器和涡轮的冷却，并调节到合适的温度，继而供往飞机座舱。
进一步的，所述初级换热器旁路中包括初级初级换热器旁路阀门。所述高温杀毒灭菌再循环空气管路上有控制本支路开关的单向阀门和加热器。
如图1所示，本发明提供的飞机高温消毒灭菌空调系统，其主要包括发动机引气Ⅰ、冲压空气Ⅱ、再循环空气Ⅲ、座舱供气Ⅳ；发动机引气主管路（管线）1、空调系统主管路2、涡轮出口除冰旁路3、供气温度调节旁路4、涡轮出口温度调节旁路5、压缩机过热调节旁路6、水分离（除水）支路7、普通再循环空气管路8、高温杀毒灭菌再循环空气管路9、再循环空气主管路10；发动机引气单向阀门11、初级换热器12、二级换热器13、水喷洒器14、压缩机15、涡轮16、压缩机过热调节阀门17、水分离器18、温度传感调节器19、温度调节阀门20、涡轮出口除冰阀门21、供气温度调节阀门22、普通再循环空气管路阀门23、混合腔24、高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门25、加热器26、高温引射混合腔27、引射器28、初级换热器旁路阀门29、风扇30。
实施例2
基于上述实施例，为了进一步提高灭菌效果，所述高温杀毒灭菌再循环空气管路的主管路中连接有加热器，再循环空气经所述加热器加热后，通过引射器的引射作用，与发动机引气在高温引射混合腔内快速混合。
在一些新型传染性病毒或者细菌疫情期间，普通再循环空气管路阀门闭合，高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门开启，初级换热器旁路阀门开启。此时，高温杀毒灭菌再循环空气管路工作，普通再循环空气管路不工作。再循环空气经过加热器进行加热升温，进行初步的消毒灭菌。然后通过引射器的作用与从发动机引气主管路而来的发动机引气在高温引射混合腔内充分混合，混合气体在高温作用下可以达到消毒灭菌的作用。混合后的气体，经过初级换热器旁路，进入压缩机，经过压缩机压缩后，混合气体的温度进一步升高，从而可以进一步进行消毒灭菌，最后混合气体经过二级换热器的散热和涡轮的冷却，并通过涡轮出口除冰旁路、涡轮出口温度调节旁路和压缩机过热调节旁路、供气温度调节旁路对混合气体进行温度调节，调节到合适的温度，继而供往座舱。游离态的水通过水分离（除水）支路排出系统。
基于上述飞机高温消毒灭菌空调系统，本发明系统的具体操作和实现方法如下：
1、 在特殊工况下（如一些新型传染性病毒或者细菌疫情期间），普通再循环空气管路阀门23闭合，高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门25开启。高温杀毒灭菌再循环空气管路9工作，普通再循环空气管路8不工作，再循环空气Ⅲ经过高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门25进入高温杀毒灭菌再循环空气管路9；
2、 再循环空气进入高温杀毒灭菌再循环空气管路9后经过加热器26进行加热，使其温度升高，对气体中有害细菌病毒进行初步的消毒灭菌；
3、 高温杀毒灭菌再循环空气管路9中的再循环空气经过引射器28的引射作用，快速进入高温引射混合腔27，并与高温的发动机引气Ⅰ充分混合，混合后气体温度较高，从而进一步达到消毒灭菌的作用。由于引射器28的作用，气体在高温混合腔内混合更充分，温度更均匀，消毒灭菌效果更好；
4、 此时，初级换热器旁路阀门29开启，混合后的气体，经过初级换热器旁路，避免了与初级换热器12的换热冷却，可以保证混合气体的持续高温消毒灭菌；
5、 随后混合气体进入压缩机15，经过压缩机15压缩后，混合气体的温度进一步升高，从而可以进一步进行消毒灭菌；
最后混合气体经过二级换热器13的散热和涡轮16的冷却，并调节到合适的温度，继而往飞机座舱供气Ⅳ。
本发明是利用飞机发动机引气和压缩机-涡轮机构，通过前端混合方式，在一定高温和压力条件下，对飞机座舱再循环空气中的传染性病毒和细菌进行高温消毒灭菌，从而提高了飞机座舱供气的空气品质，抑制了飞机座舱病毒传播性，保障了飞机乘客和机载乘务人员的健康卫生安全。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.飞机高温灭菌空调系统，其特征在于，所述系统在传统飞机空调系统的基础上增加了高温灭菌再循环空气装置，所述高温灭菌再循环空气装置包括高温杀毒灭菌再循环空气管路、加热器、高温引射混合腔、初级换热器旁路；
所述高温杀毒灭菌再循环空气管路连接在传统飞机空调系统中的再循环空气主管路中，所述高温杀毒灭菌再循环空气管路连接到所述高温引射混合腔，高温消毒灭菌再循环空气经过所述加热器预热后，在所述高温引射混合腔内与高温的发动机引气混合，混合后的高温气体通过初级换热器旁路，进入压缩机进行压缩升温，再通过二级换热器和涡轮的冷却，并调节到合适的温度，继而供往飞机座舱。
2.根据权利要求1所述的飞机高温消毒灭菌空调系统，其特征在于，所述初级换热器旁路中有控制本支路开关的初级换热器旁路阀门。
3.根据权利要求1所述的飞机高温消毒灭菌空调系统，其特征在于，所述高温杀毒灭菌再循环空气管路上有控制本支路开关的单向阀门和加热器。
4.根据权利要求1所述的飞机高温消毒灭菌空调系统，其特征在于，所述的高温引射混合腔内设有引射器，用于使气体的快速混合，使混合气体温度更均匀。
5.根据权利要求4所述的飞机高温消毒灭菌空调系统，其特征在于，所述高温杀毒灭菌再循环空气管路的主管路中连接有加热器，再循环空气经所述加热器加热后，通过所述引射器的引射作用与高温的发动机引气在所述高温引射混合腔内快速混合。
6.根据权利要求5所述的飞机高温消毒灭菌空调系统的消毒灭菌方法，其特征在于，所述消毒灭菌方法包括以下步骤：
步骤一，普通再循环空气管路阀门闭合，高温杀毒灭菌再循环空气管路阀门开启，初级换热器旁路阀门开启；再循环空气通过加热器进行加热，使得温度升高；
步骤二，再循环空气通过混合腔内的引射器的引射，在高温引射混合腔中与高温的发动机引气快速混合，使得再循环气体的温度快速升高，进一步进行高温消毒灭菌；
步骤三，混合空气经过初级换热器旁路直接进入压缩机，经过压缩机的压缩升温，使得混合气体的温度再次升高，从而实现混合气体的消毒灭菌；
步骤四，混合气体经过二级换热器和涡轮的冷却，并经过温度调节，使其达到合适的温度后供给到飞机座舱。
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