專利名稱：客機或貨機機艙空氣加濕裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及客機或貨機機艙空氣加濕裝置。
背景技術：
在商務機或者運輸機的壓力控制機艙中，飛行期間空氣濕度可能會下降到相對空氣濕度為例如百分之三到百分之五的幾個百分點的非常低的值。這么低的空氣濕度會使機上乘客感到不適，因為會使鼻粘膜干燥以及眼睛發癢。
通過給機艙空氣加濕，可以達到例如30％到50％的相對空氣濕度，則能夠獲得更為適宜的空氣環境，且改善機上舒適程度。已知有多種在飛機上加濕空氣的方法。在中央系統中水通過與發動機排出的熱空氣接觸、通過流經其的電流、或者通過其它方式而蒸發，所得到的水蒸氣或者與飛機空調系統的主氣流混合或者與通過空調系統的附加氣流混合。通過這種方式在中央系統加濕的主氣流或附加氣流然后被分散到多個出口噴嘴，加濕的空氣通過這些出口噴嘴吹入機艙中。
在這種中央系統中，加濕的空氣通常要在飛機的通風系統中行進較長距離。水中所含的冷凝物和顆粒將沿通風系統沉積并沉積在飛機結構和絕緣件上的可能性相對較高。
從EP0779207A1可知一種分散系統。在該系統中通過直接向機艙噴水來給機艙空氣加濕。通過安置在乘客座椅背面或者機艙飾板內的噴嘴進行噴水。噴嘴被定向成直接朝乘客面部方向噴水。水在壓力作用下從容器中排出。每個噴嘴配一個這種單獨的水壓力容器。
盡管根據EP0779207A1的系統在特別需要的地方比如直接在嘴、鼻子、眼睛的區域增加空氣濕度特別有效，但是已發現其會影響熱舒適度。具體地說，已發現乘客常常會感覺面部區域太冷。這不能通過直接提高吹出空氣的溫度來直接調節，因為乘客又會感覺身體的其它部分太熱。
發明內容
因此本發明的目的是確保飛機機艙內適宜的空氣濕度的同時使機上乘客具有較高的熱舒適度。
為了達到上述效果，本發明首先提供了一種客機或貨機機艙空氣加濕裝置，其利用從出口噴嘴噴到機艙內的調節流體，該調節流體包括水，所述水在靠近特別是空間上非常接近出口噴嘴的噴射點處噴射。根據本發明一個方面，該調節流體包括通向出口噴嘴的氣流，水噴入該氣流內，并且從出口噴嘴噴出后，氣流以高出氣流的所需有效溫度一定量的溫度提供到水噴射點。
根據本發明，以高于所需有效溫度的溫度形式向運載氣流增加附加量的熱能。該附加量的熱能可以被水利用以進行蒸發，從而無需機艙空氣提供蒸發能量，且水的蒸發不會引起乘客臉部前方區域的局部變冷。已發現如果水的蒸發部分地或完全地發生在出口噴嘴外部，即發生在機艙內，則從機艙空氣吸取的蒸發能量自身會使面部區域明顯感覺到局部變冷。在根據EP0779207A1的技術方案中，已經發現這是引起熱舒適性下降的原因。
這里有效溫度被理解成表示水蒸發后噴出氣流的溫度，即，當沒有額外的能量由于水的蒸發而從氣流吸取且所述氣流因而不被蒸發而進一步冷卻時的溫度。
如果在氣流從出口噴嘴排出之前水完全蒸發了，則有效溫度可以等于氣流的噴射溫度。然而，在本發明的上下文中，水的蒸發不必完全發生在出口噴嘴的上游。其可以至少部分地發生在調節流體從出口噴嘴排出之后。在這種情況下，氣流從出口噴嘴排出之后仍然會從氣流吸取熱量，從而在水完全蒸發后的氣流最終溫度可能低于其剛從出口噴嘴排出時的溫度。
例如，氣流可以以高出所需有效溫度5到40攝氏度的溫度提供到水噴射點。氣流超過所需有效溫度的程度基本上取決于所需的相對空氣濕度。例如，如果需要25％的相對空氣濕度，則氣流應以超過大約13.5攝氏度的溫度提供到水噴射點。然而，如果需要50％的相對空氣濕度，則超過的溫度應當為大約28到29攝氏度。為了估計氣流的所需超出溫度，可以假設大約每公斤水需要大約2500到2600千焦的能量以便蒸發。
具體地，該蒸發裝置可以包括可控氣流加熱裝置，用于將氣流加熱到超過所需有效溫度的溫度。該氣流可以以高于機艙溫度的溫度提供到水噴射點，特別是以不發生機艙空氣冷卻的方式。如果需要局部或者整體降低機艙溫度，氣流也可以以低于機艙溫度的溫度供應到水噴射點。
已經提到過的用來蒸發水的額外量的熱能可以由水自身提供。具體地，調節流體可包括水作為其唯一組分。根據本發明另一方面，在這種情況下水以高于機艙溫度的溫度進行噴射。為了專門將水加熱到高于機艙溫度的溫度，加濕裝置可以特別包括可控水加熱裝置。
為了避免水中所含礦物質在機艙中不希望地沉積以及避免水中所含細菌感染的可能危險，該加濕裝置可以包括用來生物和/或化學和/或物理處理要被噴射的水的裝置。
可以通過一種結構來達到特別舒適的個人應用，在該結構中出口噴嘴設置在伸入機艙內部的一段可彎管的自由端上。通過彎曲該段管乘客可以根據其自身愿望來對準出口噴嘴。
下面參考附圖來進一步闡述本發明，附圖中圖1示出根據第一實施例的飛機機艙空氣加濕裝置；圖2示出飛機機艙空氣加濕裝置的第二實施例；圖3示出圖2的變型；圖4示出飛機機艙空氣加濕裝置的另一實施例；
圖5示出飛機機艙空氣加濕裝置的又一實施例；以及圖6示出飛機機艙內調節流體的出口噴嘴的可能位置。
具體實施例方式
在圖1所示客機或貨機的分散式單個機艙空氣加濕裝置的典型結構中，出口噴嘴由10表示，調節機艙空氣的調節流體從該噴嘴中噴出。在這里調節被理解成至少加濕機艙空氣，另外如果需要的話也會調節機艙空氣的溫度。空氣供應管道12通向出口噴嘴10。空氣供應管道12運送從出口噴嘴10吹出的空氣流。在與出口噴嘴10空間上接近的位置，水通過概略示出的噴射件14噴出，噴出的水由空氣供應管道12的氣流攜帶輸送到機艙中。空間上接近在這里被理解成表示水被噴射到出口噴嘴10附近或者直接噴射到出口噴嘴10處。出口噴嘴10和噴射件14可以制成一體。然而，也可以用分開的部件來實現上述目的。水噴射點和調節流體從出口噴嘴10排出的排出點可以分開，例如，分開幾毫米或者幾厘米。在本發明的上下文中，水噴射點與調節流體排出點之間的距離在幾米或之上的范圍內不被理解成空間上接近。
要被噴射的水從容器16通過水管18供應到噴射件14。水容器16可以是永久安裝的容器，該容器可從外部通過適當的灌注接口灌水，或者可以是可拆卸的容器，需要時例如在飛行前或更換時拆下灌水。該容器可以是壓力容器，水在其內處于加壓狀態。不過該容器也可以是非加壓容器。具體地在后者情況中，以及在水管18相對較長和/或較細的情況中，最好將在圖1中用20概略示出的給水泵插入在水管18中，通過該泵水可以輸送給噴射件14。例如隔膜泵、活塞泵或者渦輪泵都可以用作給水泵20。
水管18設計成可以滿足其內的主要調節壓力。另外，優選地水管還滿足相關的衛生規定。例如適宜的材料為塑料和金屬。水管18優選還能抗消毒劑和清潔劑，因為對于根據圖1的這種結構，時常需要清潔水系統。為了清潔，要在容器16內灌入例如適當的清潔溶液，或者單獨容器中的這種溶液與水管18相連。根據所用清潔溶液的類型，空氣供應管道12中的氣流可以在清潔過程中打開或關閉。可以利用在空氣供應管道12中流動的臭氧處理水與氣流結合。對于含氯的溶液，建議關掉氣流并用例如與出口噴嘴10相連的管頭的收集部件來收集溶液。特別是在容器16與噴射件14或者出口噴嘴10之間的距離充分短的情況下，水管18可以和容器16一起更換。
為了補償噴射水的蒸發焓(vaporization enthalpy)以使噴射水的蒸發不會導致機艙內局部溫度下降，空氣供應管道12中的氣流和/或水管18中運送的水可以分別被加熱。在圖1的實施例中，概略示出了為此分別與水管18和空氣供應管道12相連的第一加熱裝置22和第二加熱裝置24。加熱裝置22、24例如可以是熱交換器或者電加熱器。加熱裝置可以具有固定的設定或者可以構成閉環控制回路的一部分，通過該閉環控制回路可以調節傳遞給水或者氣流的能量。在這種情況下，檢測空氣供應管道12中氣流或者水管18中水的溫度并將該溫度提供給控制相關加熱裝置的電子控制單元的溫度傳感器(在圖1中未示出)可設置在相關加熱裝置的下游。該控制單元可以是只用于控制相關的加熱裝置的單獨控制單元。也可以利用控制圖1所示結構中所有可控組件的中央控制單元。這種中央控制單元在圖1中用26表示。然后相關的控制單元從所供應的水溫或空氣溫度的實際值為相關的加熱裝置確定適宜的校正值。
盡管圖1中調節流體的兩組件都設置了相應的加熱裝置，但不言而喻也可以僅僅空氣供應管道12中的空氣流或者僅僅水管18中的水是可加熱的。在這種情況下，一個或者與空氣供應管道12相連或者與水管18相連的單個加熱裝置就足夠了。
從出口噴嘴10排出的氣流可以例如為2到20升/秒的量級。出口噴嘴10的空氣流速優選為調節流體噴向乘客的臉部和身體的速度值小于0.2m/s。噴水的量優選足以在相關乘客臉部區域維持20％到60％的相對空氣濕度。
出口噴嘴10可以是剛性的，或者可以沿不同方向定向。為了調節從出口噴嘴10排出的調節流體的體積流量，出口噴嘴10的出口橫截面可以是可調的，特別是可關閉的。可選地或者附加地，空氣供應管道12中的空氣體積流量也可調。在這種情況下，推薦當空氣供應管道12中空氣體積流量改變時，噴射的水量也同時改變相應的程度。為此，在確定空氣供應管道12中空氣體積流量和所噴射的水量的致動器之間可以設置機械軸節。同樣，為了調節所噴射的水量，噴射件14和/或給水泵20也是可控的，例如可以通過中央控制單元26控制。然而，不排除出口噴嘴10是永久性打開的，且空氣體積流量被預設為固定值從而不可變。
噴射件14可以將水橫向或者縱向噴射到氣流中。也可以讓噴射件直接將水噴射到機艙中，然后只在機艙中進行水和氣流的結合。噴射件14例如可以是壓電噴嘴、超聲波霧化器或者文氏管元件。
用來加熱空氣供應管道12中的空氣和/或水管18中的水的能量可以例如由電能提供。也可以利用飛機的各種電裝置、氣動裝置或者液壓裝置所耗散的熱量。如果燃料電池中可利用的水是蒸汽狀態的，則可用該蒸汽來替代儲存在容器16中的水，并通過熱交換器來進行冷卻。由此釋放的能量可以放掉不加以利用。然而，也可以用于加熱空氣供應管道12中的空氣。
引入氣流中的水優選是軟化水且從微生物學角度看是純凈的。含有礦物質的水會導致在機艙中產生不希望的鈣沉積，而被微生物污染的水可能會引發疾病。為此對水管18中供應的水進行物理處理和/或化學處理和/或生物學處理的處理單元28設置在圖1的加濕裝置中。該處理單元28例如可以進行水的除菌處理。如果水中不含礦物質但是沒有完全除菌，則處理單元28可以包括用于滅殺微生物的裝置。也可以進行物理除菌，例如通過用紫外線照射水，或者將水暴露在超聲波下。這些方法只需要用較少的能量就能滅殺細菌。
在圖1中概略示出的閥30可以中斷向噴射件14的供水。閥30可以手動操作。然而，如圖1虛線所示，其可以通過控制單元26進行控制。
在其它附圖中，與圖1相同的組件或具有相同功能的組件用帶有小寫字母后綴的相同附圖標記表示。為了避免重復，參照圖1之前的討論。除非下文特別指出，該討論類似地適用于其它附圖所示的組件。
圖2的實施例涉及一種系統，其中從中央向多個(在所示實施例中為兩個)出口噴嘴10a供應水和空氣。可以想到能夠從一個共用的水和氣供應源向幾十個、幾百個甚至一千個或更多的出口噴嘴10a供料。為了能夠分別調節提供給出口噴嘴10a或者噴射件14a的水，各出口噴嘴10a可以連有單獨的關閉閥32a，其插入在從中央水管18a通向相關噴射件14a的相關支管處。關閉閥32a可由控制單元26a所控制。也可以想到乘客能夠通過適當的操作元件來控制該關閉閥32a。而且，如果設有關閉閥32a，則可以省略水管18a中的總閥30a。
控制單元26a可以構造為針對每個出口噴嘴10a分別控制調節流體從出口噴嘴10a的噴出，或者在所有情況下針對成組的多個噴嘴10a控制調節流體從出口噴嘴10a的噴出。也可以設置多個相互獨立的控制單元，各個控制單元僅負責控制一部分數量的出口噴嘴。從而可以例如在飛機機艙的每個溫度區設置一個控制單元。
在圖3所示變型實施例中，與圖2實施例區別在于空氣供應管道12a中的空氣可通過加熱裝置24a單獨加熱，為多個(在所示實施例中為兩個)空氣出口10b供應的空氣在中央加熱。為此設置了與供應管道34b相連的加熱裝置24b，各空氣供應管道12b從該供應管道34b分支出來。用來加熱空氣的能量可以來自上文結合圖1提及同一來源。從發動機排出的熱空氣也可以考慮作為另一種熱源。從發動機排出的空氣可以在進行壓力調節之后直接吹入提供給供應管道34b的氣流中，以控制該氣流的溫度。同樣可以將發動機排出的空氣熱能通過熱交換器輸送給供應管道34b中的氣流。管束或片狀熱交換器可適于該目的。為了簡明，圖3中未示出總閥和與各噴射件14b相連的關閉閥。顯然對于圖2實施例或者圖3的變型實施例而言，也可以設置這些閥。
噴射到飛機機艙內的調節流體也可以只包括噴射水。在這種結構中無需輸送噴射水的附加氣流。那么水必需加熱到超過機艙溫度的溫度，以不影響機艙的熱舒適性。
圖4示出了一種不帶附加氣流的實施例。容器16c中所盛的水可以通過不同方式獲得。例如，水可以通過從機艙空氣凝結獲得并再利用來加濕機艙。然而，在通過這種方式獲得的水進行再次噴射之前，需要進行仔細的處理。水可以通過吸收或者過飽和來從機艙空氣凝結。在圖4中概略示出了截流管36c。經干燥過的流出空氣38c可以或者從飛機排出或者在預先處理之后直接吹入機艙作為供應空氣。該流出空氣也可以用來干燥和/或加熱飛機的加濕后機艙空氣可冷凝在上面的結構部件。
在圖4的40c表示的示例情況中，通過截流管36c而獲得的液態水進行水處理的第一階段。在該處理階段中，分離顆粒和/或相態(固態—液態或者液態—液態)。為了分離顆粒，可以使用例如分離能力為50到200μm的水過濾器。在預處理階段40c中也可以根據相態密度進行分離。例如這里可以采用離心分離器。在處理階段40c的情況下會產生廢物流42c，其可以被連續清除。
在圖4中44c表示的水處理的最后的第二階段，進行溶解的組分和/或微生物污染物的分離。該分離過程可以根據化學勢或者顆粒尺寸來進行。可用的分離方法包括薄膜技術，例如微量過濾、超濾、納米過濾、反滲透和電滲析，或者物理/化學技術，例如吸附、吸收、沉淀和電泳。如果使用吸附、吸收或沉淀裝置，則必需向該裝置供給原料流46c，并且帶有要被分離的組分的原料流48c必需從該裝置排出。不同相態的分離可以例如根據離心力場中的顆粒尺寸和/或沉淀速度在處理階段44c中進行。
如果地壓梯度不足以使由截流管36c獲得的水流過處理階段40c、44c而流到容器16c，則可以設置給水泵50c來輸送截流管36c的液態水。該給水泵50c例如可以是活塞泵、隔膜泵或者渦輪泵。
同樣也為了簡明，圖4中未示出控制單元和切斷水管18c水流的閥。但是顯然也可以在圖4的實施例中設置這些組件，如圖1和2的實施例中的情況一樣。并且顯然圖4中這種獲得和處理水的裝置也可以用于本發明其它實施例中。
圖5的實施例示出了一種系統結構，其中機載淡水箱52c中的飲用水被通過一種可以用于單獨加濕的方式進行處理。關于水處理技術，參考前面關于圖4的說明。
最后，圖6示出了用于單獨空氣加濕的出口噴嘴10e在飛機上的各種可能安裝位置。一種可能位置是飛機機艙天花板飾板，在圖6中用54e表示。另一可能位置是將出口噴嘴10e安裝在機艙前飾板或側飾板56e上。另外，乘客座椅58e的靠背后側也可用于安裝出口噴嘴10e，坐在其后面的乘客可以利用它進行單獨空氣加濕。出口噴嘴10e也可以安裝在硬但可彎曲的管子60e的端部，該管子60e的另一端例如固定到座椅58e的頭枕區域。管子60e可以適應乘客的不同尺寸以及不同座椅位置，從而使例如坐著的乘客面部區域的準確加濕也可以在斜躺的情況下進行。從出口噴嘴10e噴出的調節流體朝向乘客面部的方向越準確，就可以越有效地利用水，從而有利于降低總的水消耗量。
權利要求
1.一種客機或貨機機艙空氣加濕裝置，所述裝置利用從出口噴嘴(10)噴到機艙內的調節流體，所述調節流體包括作為一種組分的水，所述水在靠近特別是空間上非常接近出口噴嘴(10)的噴射點處噴射，其特征在于，所述調節流體包括通向出口噴嘴(10)的氣流，所述水噴入所述氣流內，并且從出口噴嘴(10)噴出后，所述氣流以高出氣流的所需有效溫度一定量的溫度提供到噴射點。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，氣流以高出所需有效溫度5到40攝氏度的溫度提供到水噴射點。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，具有可控氣流加熱裝置(24)，用來將氣流加熱到超過所需有效溫度的溫度。
4.根據權利要求1至3中任意一個所述的裝置，其特征在于，氣流以高于機艙溫度的溫度提供到水噴射點。
5.根據權利要求1至3中任意一個所述的裝置，其特征在于，氣流以低于機艙溫度的溫度提供到水噴射點。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，調節流體包括水作為其唯一組分，并且所述水以高于機艙溫度的溫度噴射。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，具有可控水加熱裝置(22)，用來將所要噴射的水加熱到超過機艙溫度的溫度。
8.根據前述權利要求中任意一個所述的裝置，其特征在于，用于對所要噴射的水進行生物和/或化學和/或物理處理的裝置(28)。
9.根據前述權利要求中任意一個所述的裝置，其特征在于，出口噴嘴(10e)設置在伸入機艙內部的一段可彎管(60e)的自由端上。
全文摘要
一種加濕裝置，其利用從出口噴嘴(10)噴到機艙內的調節流體，可以為客機或貨機機艙內空氣進行單獨加濕。該調節流體包括作為一種組分的水，該水在空間上非常接近出口噴嘴(10)的噴射點處噴射。為了避免由于噴射水的蒸發導致的機艙空氣的不希望的局部冷卻，調節流體含有通向出口噴嘴的氣流，水噴入該氣流內。從出口噴嘴噴出后，氣流以高出所需有效氣流溫度一定量的溫度提供到噴射點。在另一實施例中，調節流體只包括水作為唯一組分，水以高于機艙溫度的溫度進行噴射。
文檔編號B60H3/02GK1953901SQ200580015845
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月11日 優先權日2004年5月18日
發明者瓦爾特·庫爾克, 馬丁·德肖 申請人:空中客車德國有限公司