CN1953901A - 客机或货机机舱空气加湿装置 - Google Patents

Abstract

一种加湿装置，其利用从出口喷嘴(10)喷到机舱内的调节流体，可以为客机或货机机舱内空气进行单独加湿。该调节流体包括作为一种组分的水，该水在空间上非常接近出口喷嘴(10)的喷射点处喷射。为了避免由于喷射水的蒸发导致的机舱空气的不希望的局部冷却，调节流体含有通向出口喷嘴的气流，水喷入该气流内。从出口喷嘴喷出后，气流以高出所需有效气流温度一定量的温度提供到喷射点。在另一实施例中，调节流体只包括水作为唯一组分，水以高于机舱温度的温度进行喷射。

Description

客机或货机机舱空气加湿装置

技术领域

本发明涉及客机或货机机舱空气加湿装置。

背景技术

在商务机或者运输机的压力控制机舱中，飞行期间空气湿度可能会下降到相对空气湿度为例如百分之三到百分之五的几个百分点的非常低的值。这么低的空气湿度会使机上乘客感到不适，因为会使鼻粘膜干燥以及眼睛发痒。

通过给机舱空气加湿，可以达到例如30％到50％的相对空气湿度，则能够获得更为适宜的空气环境，且改善机上舒适程度。已知有多种在飞机上加湿空气的方法。在中央系统中水通过与发动机排出的热空气接触、通过流经其的电流、或者通过其它方式而蒸发，所得到的水蒸气或者与飞机空调系统的主气流混合或者与通过空调系统的附加气流混合。通过这种方式在中央系统加湿的主气流或附加气流然后被分散到多个出口喷嘴，加湿的空气通过这些出口喷嘴吹入机舱中。

在这种中央系统中，加湿的空气通常要在飞机的通风系统中行进较长距离。水中所含的冷凝物和颗粒将沿通风系统沉积并沉积在飞机结构和绝缘件上的可能性相对较高。

从EP0779207A1可知一种分散系统。在该系统中通过直接向机舱喷水来给机舱空气加湿。通过安置在乘客座椅背面或者机舱饰板内的喷嘴进行喷水。喷嘴被定向成直接朝乘客面部方向喷水。水在压力作用下从容器中排出。每个喷嘴配一个这种单独的水压力容器。

尽管根据EP0779207A1的系统在特别需要的地方比如直接在嘴、鼻子、眼睛的区域增加空气湿度特别有效，但是已发现其会影响热舒适度。具体地说，已发现乘客常常会感觉面部区域太冷。这不能通过直接提高吹出空气的温度来直接调节，因为乘客又会感觉身体的其它部分太热。

发明内容

因此本发明的目的是确保飞机机舱内适宜的空气湿度的同时使机上乘客具有较高的热舒适度。

为了达到上述效果，本发明首先提供了一种客机或货机机舱空气加湿装置，其利用从出口喷嘴喷到机舱内的调节流体，该调节流体包括水，所述水在靠近特别是空间上非常接近出口喷嘴的喷射点处喷射。根据本发明一个方面，该调节流体包括通向出口喷嘴的气流，水喷入该气流内，并且从出口喷嘴喷出后，气流以高出气流的所需有效温度一定量的温度提供到水喷射点。

根据本发明，以高于所需有效温度的温度形式向运载气流增加附加量的热能。该附加量的热能可以被水利用以进行蒸发，从而无需机舱空气提供蒸发能量，且水的蒸发不会引起乘客脸部前方区域的局部变冷。已发现如果水的蒸发部分地或完全地发生在出口喷嘴外部，即发生在机舱内，则从机舱空气吸取的蒸发能量自身会使面部区域明显感觉到局部变冷。在根据EP0779207A1的技术方案中，已经发现这是引起热舒适性下降的原因。

这里有效温度被理解成表示水蒸发后喷出气流的温度，即，当没有额外的能量由于水的蒸发而从气流吸取且所述气流因而不被蒸发而进一步冷却时的温度。

如果在气流从出口喷嘴排出之前水完全蒸发了，则有效温度可以等于气流的喷射温度。然而，在本发明的上下文中，水的蒸发不必完全发生在出口喷嘴的上游。其可以至少部分地发生在调节流体从出口喷嘴排出之后。在这种情况下，气流从出口喷嘴排出之后仍然会从气流吸取热量，从而在水完全蒸发后的气流最终温度可能低于其刚从出口喷嘴排出时的温度。

例如，气流可以以高出所需有效温度5到40摄氏度的温度提供到水喷射点。气流超过所需有效温度的程度基本上取决于所需的相对空气湿度。例如，如果需要25％的相对空气湿度，则气流应以超过大约13.5摄氏度的温度提供到水喷射点。然而，如果需要50％的相对空气湿度，则超过的温度应当为大约28到29摄氏度。为了估计气流的所需超出温度，可以假设大约每公斤水需要大约2500到2600千焦的能量以便蒸发。

具体地，该蒸发装置可以包括可控气流加热装置，用于将气流加热到超过所需有效温度的温度。该气流可以以高于机舱温度的温度提供到水喷射点，特别是以不发生机舱空气冷却的方式。如果需要局部或者整体降低机舱温度，气流也可以以低于机舱温度的温度供应到水喷射点。

已经提到过的用来蒸发水的额外量的热能可以由水自身提供。具体地，调节流体可包括水作为其唯一组分。根据本发明另一方面，在这种情况下水以高于机舱温度的温度进行喷射。为了专门将水加热到高于机舱温度的温度，加湿装置可以特别包括可控水加热装置。

为了避免水中所含矿物质在机舱中不希望地沉积以及避免水中所含细菌感染的可能危险，该加湿装置可以包括用来生物和/或化学和/或物理处理要被喷射的水的装置。

可以通过一种结构来达到特别舒适的个人应用，在该结构中出口喷嘴设置在伸入机舱内部的一段可弯管的自由端上。通过弯曲该段管乘客可以根据其自身愿望来对准出口喷嘴。

附图说明

下面参考附图来进一步阐述本发明，附图中：

图1示出根据第一实施例的飞机机舱空气加湿装置；

图2示出飞机机舱空气加湿装置的第二实施例；

图3示出图2的变型；

图4示出飞机机舱空气加湿装置的另一实施例；

图5示出飞机机舱空气加湿装置的又一实施例；以及

图6示出飞机机舱内调节流体的出口喷嘴的可能位置。

具体实施方式

在图1所示客机或货机的分散式单个机舱空气加湿装置的典型结构中，出口喷嘴由10表示，调节机舱空气的调节流体从该喷嘴中喷出。在这里调节被理解成至少加湿机舱空气，另外如果需要的话也会调节机舱空气的温度。空气供应管道12通向出口喷嘴10。空气供应管道12运送从出口喷嘴10吹出的空气流。在与出口喷嘴10空间上接近的位置，水通过概略示出的喷射件14喷出，喷出的水由空气供应管道12的气流携带输送到机舱中。空间上接近在这里被理解成表示水被喷射到出口喷嘴10附近或者直接喷射到出口喷嘴10处。出口喷嘴10和喷射件14可以制成一体。然而，也可以用分开的部件来实现上述目的。水喷射点和调节流体从出口喷嘴10排出的排出点可以分开，例如，分开几毫米或者几厘米。在本发明的上下文中，水喷射点与调节流体排出点之间的距离在几米或之上的范围内不被理解成空间上接近。

要被喷射的水从容器16通过水管18供应到喷射件14。水容器16可以是永久安装的容器，该容器可从外部通过适当的灌注接口灌水，或者可以是可拆卸的容器，需要时例如在飞行前或更换时拆下灌水。该容器可以是压力容器，水在其内处于加压状态。不过该容器也可以是非加压容器。具体地在后者情况中，以及在水管18相对较长和/或较细的情况中，最好将在图1中用20概略示出的给水泵插入在水管18中，通过该泵水可以输送给喷射件14。例如隔膜泵、活塞泵或者涡轮泵都可以用作给水泵20。

水管18设计成可以满足其内的主要调节压力。另外，优选地水管还满足相关的卫生规定。例如适宜的材料为塑料和金属。水管18优选还能抗消毒剂和清洁剂，因为对于根据图1的这种结构，时常需要清洁水系统。为了清洁，要在容器16内灌入例如适当的清洁溶液，或者单独容器中的这种溶液与水管18相连。根据所用清洁溶液的类型，空气供应管道12中的气流可以在清洁过程中打开或关闭。可以利用在空气供应管道12中流动的臭氧处理水与气流结合。对于含氯的溶液，建议关掉气流并用例如与出口喷嘴10相连的管头的收集部件来收集溶液。特别是在容器16与喷射件14或者出口喷嘴10之间的距离充分短的情况下，水管18可以和容器16一起更换。

为了补偿喷射水的蒸发焓(vaporization enthalpy)以使喷射水的蒸发不会导致机舱内局部温度下降，空气供应管道12中的气流和/或水管18中运送的水可以分别被加热。在图1的实施例中，概略示出了为此分别与水管18和空气供应管道12相连的第一加热装置22和第二加热装置24。加热装置22、24例如可以是热交换器或者电加热器。加热装置可以具有固定的设定或者可以构成闭环控制回路的一部分，通过该闭环控制回路可以调节传递给水或者气流的能量。在这种情况下，检测空气供应管道12中气流或者水管18中水的温度并将该温度提供给控制相关加热装置的电子控制单元的温度传感器(在图1中未示出)可设置在相关加热装置的下游。该控制单元可以是只用于控制相关的加热装置的单独控制单元。也可以利用控制图1所示结构中所有可控组件的中央控制单元。这种中央控制单元在图1中用26表示。然后相关的控制单元从所供应的水温或空气温度的实际值为相关的加热装置确定适宜的校正值。

尽管图1中调节流体的两组件都设置了相应的加热装置，但不言而喻也可以仅仅空气供应管道12中的空气流或者仅仅水管18中的水是可加热的。在这种情况下，一个或者与空气供应管道12相连或者与水管18相连的单个加热装置就足够了。

从出口喷嘴10排出的气流可以例如为2到20升/秒的量级。出口喷嘴10的空气流速优选为调节流体喷向乘客的脸部和身体的速度值小于0.2m/s。喷水的量优选足以在相关乘客脸部区域维持20％到60％的相对空气湿度。

出口喷嘴10可以是刚性的，或者可以沿不同方向定向。为了调节从出口喷嘴10排出的调节流体的体积流量，出口喷嘴10的出口横截面可以是可调的，特别是可关闭的。可选地或者附加地，空气供应管道12中的空气体积流量也可调。在这种情况下，推荐当空气供应管道12中空气体积流量改变时，喷射的水量也同时改变相应的程度。为此，在确定空气供应管道12中空气体积流量和所喷射的水量的致动器之间可以设置机械轴节。同样，为了调节所喷射的水量，喷射件14和/或给水泵20也是可控的，例如可以通过中央控制单元26控制。然而，不排除出口喷嘴10是永久性打开的，且空气体积流量被预设为固定值从而不可变。

喷射件14可以将水横向或者纵向喷射到气流中。也可以让喷射件直接将水喷射到机舱中，然后只在机舱中进行水和气流的结合。喷射件14例如可以是压电喷嘴、超声波雾化器或者文氏管元件。

用来加热空气供应管道12中的空气和/或水管18中的水的能量可以例如由电能提供。也可以利用飞机的各种电装置、气动装置或者液压装置所耗散的热量。如果燃料电池中可利用的水是蒸汽状态的，则可用该蒸汽来替代储存在容器16中的水，并通过热交换器来进行冷却。由此释放的能量可以放掉不加以利用。然而，也可以用于加热空气供应管道12中的空气。

引入气流中的水优选是软化水且从微生物学角度看是纯净的。含有矿物质的水会导致在机舱中产生不希望的钙沉积，而被微生物污染的水可能会引发疾病。为此对水管18中供应的水进行物理处理和/或化学处理和/或生物学处理的处理单元28设置在图1的加湿装置中。该处理单元28例如可以进行水的除菌处理。如果水中不含矿物质但是没有完全除菌，则处理单元28可以包括用于灭杀微生物的装置。也可以进行物理除菌，例如通过用紫外线照射水，或者将水暴露在超声波下。这些方法只需要用较少的能量就能灭杀细菌。

在图1中概略示出的阀30可以中断向喷射件14的供水。阀30可以手动操作。然而，如图1虚线所示，其可以通过控制单元26进行控制。

在其它附图中，与图1相同的组件或具有相同功能的组件用带有小写字母后缀的相同附图标记表示。为了避免重复，参照图1之前的讨论。除非下文特别指出，该讨论类似地适用于其它附图所示的组件。

图2的实施例涉及一种系统，其中从中央向多个(在所示实施例中为两个)出口喷嘴10a供应水和空气。可以想到能够从一个共用的水和气供应源向几十个、几百个甚至一千个或更多的出口喷嘴10a供料。为了能够分别调节提供给出口喷嘴10a或者喷射件14a的水，各出口喷嘴10a可以连有单独的关闭阀32a，其插入在从中央水管18a通向相关喷射件14a的相关支管处。关闭阀32a可由控制单元26a所控制。也可以想到乘客能够通过适当的操作元件来控制该关闭阀32a。而且，如果设有关闭阀32a，则可以省略水管18a中的总阀30a。

控制单元26a可以构造为针对每个出口喷嘴10a分别控制调节流体从出口喷嘴10a的喷出，或者在所有情况下针对成组的多个喷嘴10a控制调节流体从出口喷嘴10a的喷出。也可以设置多个相互独立的控制单元，各个控制单元仅负责控制一部分数量的出口喷嘴。从而可以例如在飞机机舱的每个温度区设置一个控制单元。

在图3所示变型实施例中，与图2实施例区别在于空气供应管道12a中的空气可通过加热装置24a单独加热，为多个(在所示实施例中为两个)空气出口10b供应的空气在中央加热。为此设置了与供应管道34b相连的加热装置24b，各空气供应管道12b从该供应管道34b分支出来。用来加热空气的能量可以来自上文结合图1提及同一来源。从发动机排出的热空气也可以考虑作为另一种热源。从发动机排出的空气可以在进行压力调节之后直接吹入提供给供应管道34b的气流中，以控制该气流的温度。同样可以将发动机排出的空气热能通过热交换器输送给供应管道34b中的气流。管束或片状热交换器可适于该目的。为了简明，图3中未示出总阀和与各喷射件14b相连的关闭阀。显然对于图2实施例或者图3的变型实施例而言，也可以设置这些阀。

喷射到飞机机舱内的调节流体也可以只包括喷射水。在这种结构中无需输送喷射水的附加气流。那么水必需加热到超过机舱温度的温度，以不影响机舱的热舒适性。

图4示出了一种不带附加气流的实施例。容器16c中所盛的水可以通过不同方式获得。例如，水可以通过从机舱空气凝结获得并再利用来加湿机舱。然而，在通过这种方式获得的水进行再次喷射之前，需要进行仔细的处理。水可以通过吸收或者过饱和来从机舱空气凝结。在图4中概略示出了截流管36c。经干燥过的流出空气38c可以或者从飞机排出或者在预先处理之后直接吹入机舱作为供应空气。该流出空气也可以用来干燥和/或加热飞机的加湿后机舱空气可冷凝在上面的结构部件。

在图4的40c表示的示例情况中，通过截流管36c而获得的液态水进行水处理的第一阶段。在该处理阶段中，分离颗粒和/或相态(固态—液态或者液态—液态)。为了分离颗粒，可以使用例如分离能力为50到200μm的水过滤器。在预处理阶段40c中也可以根据相态密度进行分离。例如这里可以采用离心分离器。在处理阶段40c的情况下会产生废物流42c，其可以被连续清除。

在图4中44c表示的水处理的最后的第二阶段，进行溶解的组分和/或微生物污染物的分离。该分离过程可以根据化学势或者颗粒尺寸来进行。可用的分离方法包括薄膜技术，例如微量过滤、超滤、纳米过滤、反渗透和电渗析，或者物理/化学技术，例如吸附、吸收、沉淀和电泳。如果使用吸附、吸收或沉淀装置，则必需向该装置供给原料流46c，并且带有要被分离的组分的原料流48c必需从该装置排出。不同相态的分离可以例如根据离心力场中的颗粒尺寸和/或沉淀速度在处理阶段44c中进行。

如果地压梯度不足以使由截流管36c获得的水流过处理阶段40c、44c而流到容器16c，则可以设置给水泵50c来输送截流管36c的液态水。该给水泵50c例如可以是活塞泵、隔膜泵或者涡轮泵。

同样也为了简明，图4中未示出控制单元和切断水管18c水流的阀。但是显然也可以在图4的实施例中设置这些组件，如图1和2的实施例中的情况一样。并且显然图4中这种获得和处理水的装置也可以用于本发明其它实施例中。

图5的实施例示出了一种系统结构，其中机载淡水箱52c中的饮用水被通过一种可以用于单独加湿的方式进行处理。关于水处理技术，参考前面关于图4的说明。

最后，图6示出了用于单独空气加湿的出口喷嘴10e在飞机上的各种可能安装位置。一种可能位置是飞机机舱天花板饰板，在图6中用54e表示。另一可能位置是将出口喷嘴10e安装在机舱前饰板或侧饰板56e上。另外，乘客座椅58e的靠背后侧也可用于安装出口喷嘴10e，坐在其后面的乘客可以利用它进行单独空气加湿。出口喷嘴10e也可以安装在硬但可弯曲的管子60e的端部，该管子60e的另一端例如固定到座椅58e的头枕区域。管子60e可以适应乘客的不同尺寸以及不同座椅位置，从而使例如坐着的乘客面部区域的准确加湿也可以在斜躺的情况下进行。从出口喷嘴10e喷出的调节流体朝向乘客面部的方向越准确，就可以越有效地利用水，从而有利于降低总的水消耗量。

Claims (9)

1.一种客机或货机机舱空气加湿装置，所述装置利用从出口喷嘴(10)喷到机舱内的调节流体，所述调节流体包括作为一种组分的水，所述水在靠近特别是空间上非常接近出口喷嘴(10)的喷射点处喷射，其特征在于，所述调节流体包括通向出口喷嘴(10)的气流，所述水喷入所述气流内，并且从出口喷嘴(10)喷出后，所述气流以高出气流的所需有效温度一定量的温度提供到喷射点。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，气流以高出所需有效温度5到40摄氏度的温度提供到水喷射点。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，具有可控气流加热装置(24)，用来将气流加热到超过所需有效温度的温度。

4.根据权利要求1至3中任意一个所述的装置，其特征在于，气流以高于机舱温度的温度提供到水喷射点。

5.根据权利要求1至3中任意一个所述的装置，其特征在于，气流以低于机舱温度的温度提供到水喷射点。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，调节流体包括水作为其唯一组分，并且所述水以高于机舱温度的温度喷射。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，具有可控水加热装置(22)，用来将所要喷射的水加热到超过机舱温度的温度。

8.根据前述权利要求中任意一个所述的装置，其特征在于，用于对所要喷射的水进行生物和/或化学和/或物理处理的装置(28)。

9.根据前述权利要求中任意一个所述的装置，其特征在于，出口喷嘴(10e)设置在伸入机舱内部的一段可弯管(60e)的自由端上。

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