Устройство для подачи увлажненного атмосферного воздуха в воздушное судно
Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Система подачи увлажненного атмосферного воздуха для воздушного судна содержит первую систему линий, испаритель, вторую систему линий и регулируемое диафрагменное устройство, установленное во второй системе линий для снижения давления парового потока. Первая система линий содержит распределительную линию подачи воздуха, сообщающуюся с каждой из внутренних зон воздушного судна с индивидуальным кондиционированием воздуха. Вторая система линий содержит множество распределительных линий парового потока, каждая из которых ведет в одну из распределительных линий подачи воздуха и запитана от общей коллекторной линии парового потока, которая переносит генерируемый паровой поток от испарителя. Диафрагменное устройство содержит одно регулируемое отверстие в каждой из распределительных линий парового потока. Достигается повышение эффективности увлажнения салона летательного аппарата. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе подачи увлажненного атмосферного воздуха для воздушного судна.
Уровень техники
В современном пассажирском и грузовом самолете обычной является установка увлажнительной системы, с помощью которой относительная влажность воздушной среды может быть повышена, например, до величины от 20 до 30% или даже больше. Относительная влажность атмосферы внутри самолета является важным фактором для хорошего самочувствия пассажиров и команды. Слишком сухой воздух внутри самолета может вызывать сухость слизистых оболочек и зуд в глазах. Однако на больших высотах наружный воздух не обладает достаточной влажностью для создания благоприятных условий воздушной среды в самолете без принудительного увлажнения. В зависимости от числа человек на борту, температуры среды и устройства внутреннего помещения самолета при отсутствии принудительного увлажнения относительная атмосферная влажность на борту бывает значительно ниже 20% или даже ниже 10%.
Из патентного документа США №6099404 известна увлажнительная система для воздушного судна, содержащая испаритель, в котором вода испаряется с помощью теплообменника. В теплообменник подается горячий воздух, который отбирается от основного контура горячего воздуха системы кондиционирования для регулирования температуры в салоне воздушного судна. Горячий воздух проходит через теплообменник и затем смешивается с образованным паром. Полученный таким образом паровой поток подается обратно в систему кондиционирования. В салоне воздушного судна соответствующая аппаратура с датчиками измеряет температуру среды, относительную влажность и давление воздуха. По этим измеренным величинам электронное устройство управления определяет температуру точки росы для салона и управляет клапаном расхода, который определяет расход подачи горячего воздуха к испарителю таким образом, что температура точки росы в салоне сохраняет по существу постоянную определенную величину.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании увлажнительной системы для внутренней воздушной среды воздушного судна, обладающей простотой и надежностью и одновременно работающей с адекватной точностью.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет системы подачи увлажненного атмосферного воздуха для воздушного судна, содержащей:
первую систему линий для подачи воздуха и нагнетания подаваемого воздуха во внутреннее пространство воздушного судна,
испаритель для подачи парового потока, давление которого, по меньшей мере, примерно соответствует заданной величине давления, превышающей требуемое давление внутри воздушного судна,
вторую систему линий для переноса парового потока, ведущую в первую систему линий, и
диафрагменное устройство, в особенности регулируемое диафрагменное устройство, установленное во второй системе линий для снижения давления парового потока.
Решение по изобретению обеспечивает эффективное увлажнение атмосферного воздуха в воздушном судне, причем заданное давление парового потока и диафрагменное устройство позволяют вводить во внутреннее пространство достаточно точно дозированное количество пара и/или достаточно точно дозированное количество смеси пара с воздухом. Решение по изобретению устраняет необходимость в дорогостоящей аппаратуре с датчиками для измерения температуры среды, атмосферной влажности и давления воздуха во внутреннем пространстве воздушного судна.
В предпочтительном примере осуществления первая система линий содержит распределительную линию подачи воздуха, сообщающуюся с каждой из множества внутренних зон воздушного судна с индивидуальным кондиционированием воздуха, а вторая система линий содержит множество распределительных линий парового потока, каждая из которых ведет в одну из распределительных линий подачи воздуха и запитана от общей коллекторной линии, которая переносит генерируемый паровой поток от испарителя. В этом случае диафрагменное устройство содержит одно, в особенности индивидуально регулируемое отверстие в каждой из распределительных линий парового потока. В этом примере выполнения с помощью различных диафрагменных устройств обеспечивается возможность индивидуального регулирования количества влаги, вводимой в каждую из внутренних зон.
Испаритель может содержать теплообменник, снабжаемый горячим воздухом для испарения воды, содержащейся в испарительном баке. В частности, испаритель для генерирования парового потока может смешивать генерируемый водяной пар, по меньшей мере, с частью горячего воздуха. Горячий воздух может отводиться от существующего контура горячего воздуха воздушного судна. В частности, возможен вариант, при котором этот отводимый горячий воздух уже имеется по существу под постоянным давлением, которое примерно соответствует предварительно заданному давлению парового потока. Однако возможен также вариант, при котором сам испаритель обеспечивает подачу горячего воздуха путем нагрева холодного воздуха с помощью электронагревательного устройства и в то же время обеспечивает требуемое заданное давление нагретого воздуха.
В альтернативном примере осуществления испаритель содержит электронагревательные средства для непосредственного нагрева и испарения воды, содержащейся в испарительном баке. В этом случае вода нагревается до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое давление пара в испарительном баке. Для поддержания постоянного давления пара возможно регулирование температуры воды.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылками на прилагаемый чертеж будет подробно описан пример осуществления изобретения. На чертеже показана схема системы подачи увлажненного атмосферного воздуха для воздушного судна.
Осуществление изобретения
На чертеже позицией 10 обозначен салон воздушного судна, подразделенный на несколько (в данном примере пять) зон 12, 14, 16, 18, 20 салона. В каждой из этих зон салона кондиционирование воздуха производится индивидуально, причем подача воздуха с соответствующим регулированием температуры производится в каждую зону кондиционирования посредством соответствующей распределительной линии 22 подачи воздуха. Очевидно, что воздух, подаваемый распределительной линией 22 подачи воздуха, может вдуваться в соответствующую зону кондиционирования с помощью нескольких форсунок, хотя это не показано на чертеже. Температура подаваемого воздуха измеряется в каждой распределительной линии 22 подачи воздуха с помощью датчика 24 температуры, который передает измеренную величину по электрической линии 26 передачи сигналов на электронное устройство 28 управления. В зависимости от измеренной температуры вдуваемого воздуха и, дополнительно, но не обязательно, в зависимости от других измеренных величин устройство 28 управления известным образом регулирует температуру воздуха, подаваемого по распределительной линии 22 подачи воздуха, таким образом, что в зонах 12-20 салона обеспечивается заданная температура воздушной среды, индивидуально устанавливаемая для каждой зоны кондиционирования.
Для принудительного увлажнения воздуха, вдуваемого в зоны 12-20 салона, используется увлажнительная система, обозначенная в целом позицией 30. Она содержит испаритель 32, который испаряет воду, подаваемую к нему от водяного бака 34, и генерирует паровой поток, который отводится по коллекторной линии 36 парового потока, отходящей от испарителя 32. Коллекторная линия 36 парового потока соединена с распределителем 38, от которого отходят распределительные линии 40 парового потока, индивидуально связанные, по меньшей мере, с некоторыми из зон 12-20 салона. В показанном примере осуществления предусмотрены четыре распределительные линии 40 парового потока, связанные с зонами 12, 14, 16, 18 салона. Каждая распределительная линия 40 парового потока сообщается с распределительной линией 22 подачи воздуха, связанной с соответствующей зоной салона, в точке выше по потоку от датчика 24 температуры, который измеряет температуру в соответствующей распределительной линии 22 подачи воздуха. От распределительных линий 40 парового потока воздух, подаваемый по распределительным линиям 22 подачи воздуха, обогащается дополнительной влагой, что вызывает соответствующее повышение относительной влажности в соответствующих зонах салона. Очевидно, что такое принудительное увлажнение может обеспечиваться для всех зонах салона. В этом случае система содержит дополнительную распределительную линию 40 парового потока, отходящую от распределителя 38 и сообщающуюся с распределительной линией 22 подачи воздуха, связанной с зоной 20 салона.
Во входной линии 42, соединяющей водяной бак 34 с испарителем 32, установлен клапан 44, который управляется электронным устройством 28 управления и с помощью которого регулируется подача воды в испаритель 32. Выходная линия 46, в которой установлен другой клапан 48, обеспечивает возможность регулируемого слива воды из испарителя 32. Клапан 48 также управляется электронным устройством 28 управления. Датчик 50 уровня измеряет уровень воды в испарителе 32 и передает соответствующую измеренную величину на электронное устройство 28 управления. В зависимости от измеренного уровня заполнения устройство 28 управления управляет клапаном 44 подачи воды.
Испаритель 32 подает созданный паровой поток по коллекторной линии 36 парового потока примерно под предварительно заданным давлением, которое превышает желаемое давление среды в салоне 10 и/или в индивидуальных зонах 12-20 салона. Так, например, испаритель 32 может генерировать паровой поток под давлением примерно 1000 мбар. Диафрагменное устройство 52, установленное в каждой распределительной линии 40 парового потока, производит снижение давления от более высокого уровня в коллекторной линии 36 парового потока до более низкого уровня, причем диафрагменные устройства 52 допускают индивидуальную настройку снижения давления для каждой распределительной линии 40 парового потока. Таким образом, для каждой из зон 12-18 салона, в которой предусмотрено принудительное увлажнение, можно индивидуально отрегулировать количество вводимой влаги. Предпочтительно диафрагменные устройства 52 производят снижение давления до уровня, примерно соответствующего желаемому внутреннему давлению в соответствующей зоне салона. Для полетов на больших высотах желаемое давление в салоне обычно может быть, например, несколько ниже атмосферного давления, например примерно 750 мбар. Диафрагменные устройства 52, которые могут иметь проходные отверстия нерегулируемого диаметра, могут быть выполнены также в виде регулируемых дросселей или клапанов. В этом случае, в зависимости от желаемого содержания влаги в зонах 12-18 салона, они могут обеспечивать снижение давления, например, примерно до 750 мбар или до несколько более высоких величин, - например, до 800 мбар.
Хотя в принципе возможен вариант выполнения диафрагменных устройств 52 регулируемыми с возможностью регулирования с помощью электронного устройства 28 управления в ходе полета. В предпочтительном примере выполнения предусмотрено, что перед началом обычного рейса диафрагменные устройства 52 калибруются и затем больше не изменяются. На этапе калибровки можно установить, например, путем последовательных испытаний, какой размер отверстия необходим для достижения желаемой относительно влажности в конкретной зоне салона.
Испаритель 32 может иметь конструкцию, описанную в патенте США №6099404 применительно к компоненту 1 на чертежах этого патента. Соответственно, испаритель 32 может содержать теплообменник, к которому подается горячий воздух. Тепловая энергия горячего воздуха используется для испарения воды, содержащейся в испарителе 32. Горячий воздух вводится в донную область испарителя 32 через линию 54 подачи горячего воздуха, течет через теплообменник и смешивается в верхней области испарителя 32 с получаемым паром, так что паровой поток, поступающий в коллекторную линию 36 парового потока, является смесью пара с воздухом. В линии 54 подачи горячего воздуха может быть установлен клапан 56 расхода, с помощью которого регулируется поток горячего воздуха в испаритель 32. Управление этим клапаном 56 расхода также может осуществляться электронным устройством 28 управления.
Горячий воздух, подаваемый по линии 54 подачи горячего воздуха, может отводиться от контура горячего воздуха воздушного судна, который имеется независимо от увлажнительной системы 30. В данном случае это может быть, например, отбираемый от двигателя воздух, балансировочная масса воздуха или воздух системы рециркуляции. В обычных системах кондиционирования воздуха для воздушного судна, в том числе и в системах без принудительного увлажнения, имеется один или несколько таких видов воздуха в контурах горячего воздуха.
Может даже оказаться, что существующий контур горячего воздуха воздушного судна обеспечивает подачу горячего воздуха под давлением, подходящим для увлажнительной системы, то есть, например, под давлением примерно 1000 мбар. В этом случае можно обойтись без отдельного регулирования давления имеющегося в распоряжении горячего воздуха в качестве функциональной задачи увлажнительной системы 30. Если же горячий воздух имеется под достаточно высоким давлением, которое однако значительно выше желаемого давления в коллекторной линии 36, возможен вариант снижения давления подаваемого горячего воздуха до желаемой величины с помощью соответствующего устройства снижения давления и ввода горячего воздуха в испаритель 32 уже с пониженным давлением. Это устройство снижения давления может представлять собой обычный предохранительный клапан. При необходимости показанный на чертеже клапан 56 расхода также может использоваться для снижения давления подаваемого горячего воздуха.
Могут быть предусмотрены также средства измерения давления, которые измеряют давление подаваемого горячего воздуха и/или давление в коллекторной линии 36. При этом электронное устройство 28 управления в зависимости от измеренного давления управляет элементом регулирования давления, расположенным в линии 54 подачи горячего воздуха, например в виде клапана 56, таким образом, что измеренное давление будет соответствовать заданному желаемому давлению.
В качестве модификации для использования уже имеющегося горячего воздуха воздушного судна возможен вариант осуществления, при котором увлажнительная система 30 содержит электронагревательные средства (не показаны) для получения горячего воздуха, необходимого для испарения воды, путем нагрева холодного воздуха. Нагрев холодного воздуха может производиться, например, в отдельной нагревательной камере, которая соединена с испарителем 32 линией 54 подачи горячего воздуха. Альтернативно нагревательные средства могут быть расположены вдоль линии 54, так что холодный воздух, проходящий в линии 54, нагревается на пути к испарителю 32. Возможен также нагрев холодного воздуха только в испарителе 32, в предусмотренной в нем нагревательной камере. С помощью предохранительного клапана или цепи регулирования давления, проходящей через устройство 28 управления, давление воздуха, вводимого в теплообменник испарителя 32, может также регулироваться таким образом, что в коллекторной линии 36 создается заданное желаемое давление выше требуемого давления в салоне.
Возможен даже вариант, при котором не используются теплообменник и горячий воздух, а вместо этого вода нагревается в испарителе 32 посредством соответствующих электронагревательных средств. При таком конструктивном выполнении получаемый пар не смешивается с горячим воздухом. Соответственно, паровой поток в коллекторной линии 36 содержит по существу исключительно водяной пар. Здесь также с помощью предохранительного клапана или цепи регулирования давления может обеспечиваться подача водяного пара в коллекторную линию 36 под желаемым высоким давлением величиной, например, примерно 1000 мбар.
1. Система подачи увлажненного атмосферного воздуха для воздушного судна, содержащая:
первую систему линий (22) для подачи воздуха и нагнетания подаваемого воздуха во внутреннее пространство (10) воздушного судна,
испаритель (32) для подачи парового потока, давление которого, по меньшей мере, примерно соответствует заданной величине давления, превышающей требуемое давление внутри воздушного судна,
вторую систему линий (36, 38, 40) для переноса парового потока, ведущую в первую систему линий (22), и
диафрагменное устройство (52), в особенности регулируемое диафрагменное устройство, установленное во второй системе линий (36, 38, 40) для снижения давления парового потока, причем первая система линий (22) содержит распределительную линию (22) подачи воздуха, сообщающуюся с каждой из множества внутренних зон (12-18) воздушного судна с индивидуальным кондиционированием воздуха, а вторая система линий (36, 38, 40) содержит множество распределительных линий (40) парового потока, каждая из которых ведет в одну из распределительных линий (22) подачи воздуха и запитана от общей коллекторной линии (36) парового потока, которая переносит генерируемый паровой поток от испарителя, причем диафрагменное устройство (52) содержит одно, в особенности индивидуально регулируемое отверстие в каждой из распределительных линий (40) парового потока.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что испаритель (32) содержит теплообменник, снабжаемый горячим воздухом для испарения воды, содержащейся в испарительном баке.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что испаритель (32) для генерирования парового потока выполнен с возможностью смешивания генерируемого водяного пара, по меньшей мере, с частью горячего воздуха.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что испаритель (32) содержит электронагревательные средства для нагрева и испарения воды, содержащейся в испарительном баке.
