СИСТЕМА И СПОСОБ ИНДИВИДУАЛЬНОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЯХ САЛОНА ВОЗДУШНОГО СУДНА ПОСРЕДСТВОМ НАГРЕВА И ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК B64D13/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе и способу индивидуального кондиционирования воздуха в различных частях салона воздушного судна посредством нагрева и испарительного охлаждения.

Уровень техники

В воздушных судах, пассажирские салоны которых разделены на несколько частей, как правило, желательно иметь возможность поддерживать различную температуру воздуха. Так, например, температура воздуха в помещениях эконом-класса может отличаться от температуры воздуха в помещениях бизнес-класса. В помещениях первого класса температуру воздуха можно регулировать индивидуально. Температуру воздуха в помещениях бизнес-класса обычно устанавливают централизованно. Однако пассажир имеет возможность индивидуально настраивать температуру воздуха в зоне своего места, при этом в пространство, окружающее его место, поступает более холодный или более теплый воздух, чем в остальную часть помещений бизнес-класса. За счет индивидуального кондиционирования воздуха в различных частях пассажирского салона воздушного судна в этих частях возникают различные тепловые нагрузки.

На фигуре 5 показана традиционная система кондиционирования воздуха в различных частях воздушного судна. В центральный кондиционер 102 поступает воздушный поток 104, который находится под давлением, превышающим наружное давление воздуха за пределами пассажирского салона. Обычно это давление составляет примерно от 700 до 800 мбар, что соответствует высоте от 2000 м до 3000 м над уровнем моря. Воздушный поток 104, поступающий в центральный кондиционер 102, может представлять собой, например, воздушный поток 136, рециркулируемый из пассажирского салона, или поток воздуха, отбираемого от двигателя. Из центрального кондиционера 102 выходит воздушный поток 106 с предварительно заданной температурой. Этот воздушный поток распределяется между несколькими трубопроводами 108, 112, 114 и 116, по которым он поступает к отдельным нагревательным устройствам 118, 120, 122 и 124. От нагревательного устройства 118 пассажирского салона воздушный поток 128 поступает в пассажирский салон 126. От первого нагревательного устройства 120 воздушный поток 130 подается в зону первого сиденья 138. Воздушный поток 132, поступающий от второго нагревательного устройства 122, и воздушный поток 134, поступающий от третьего нагревательного устройства 124, подаются в зону второго сиденья 140 и третьего сиденья 142, соответственно. В пассажирском салоне предусмотрен температурный датчик 150, а вблизи сидений 138, 140 и 142 установлены температурные датчики 144, 146 и 148. Температурные датчики 150, 144, 146 и 148 и управляющее устройство (не показано) управляют соответствующими нагревательными устройствами 118, 120, 122 и 124 таким образом, чтобы обеспечить подачу воздуха с требуемой температурой в пассажирский салон 126 или в зоны сидений 138, 140 и 142.

Центральный кондиционер 102 должен обеспечивать воздушный поток 106 с температурой, которая соответствует минимальной желательной температуре в пассажирском салоне 126 или в зонах сидений 138, 140 и 142. Если в одной из зон сидений 138, 140 и 142 необходима температура воздуха, которая значительно ниже, чем требуемая температура воздуха в пассажирском салоне 126, нагревательное устройство 118 пассажирского салона должно будет затратить много энергии, чтобы довести воздушный поток 108 до требуемой температуры. Если нагревательное устройство 118 представляет собой электрическое нагревательное устройство, оно должно будет затратить относительно большое количество электрической энергии. В условиях воздушного судна потребители большого количества электрической энергии являются нежелательными, поскольку электрическую энергию приходится получать относительно трудоемким способом с относительно высокими потерями из энергии вращения турбин. Альтернативно этому нагревательное устройство 118 может содержать регулировочные клапаны, которые подводят к нему воздух, отбираемый от двигателя. Однако это требует наличия относительно больших каналов для отводимого воздуха, которые приходится прокладывать в пассажирском салоне. Это является нежелательным, поскольку требуется дополнительное пространство для размещения каналов для отводимого воздуха, при этом масса воздушного судна возрастает.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной системы кондиционирования для индивидуального кондиционирования воздуха в различных частях пассажирского салона воздушного судна.

Эта задача решена при помощи системы кондиционирования воздуха для воздушного судна, обеспечивающей индивидуальное кондиционирование воздуха частей пассажирского салона воздушного судна, содержащей охлаждающее устройство, в котором вода испаряется в воздушный поток, имеющий во время полета давление, превышающее давление воздуха за пределами пассажирского салона, для того, чтобы охлаждать воздушный поток, подаваемый в одну из частей пассажирского салона. Температура воздушного потока, в который испаряется вода, может быть более высокой, чем температура за пределами пассажирского салона. Вода может испаряться в воздушный поток, подаваемый в одну из частей пассажирского салона. Однако вода может также испаряться в воздушный поток, который не подают в одну из частей пассажирского салона воздушного судна.

Систему кондиционирования можно использовать на любой высоте полета и при любых температурах окружающей среды. На крейсерской высоте полета обычного воздушного судна преобладает температура окружающей среды примерно от -30°C до примерно -50°C. Обычная крейсерская высота полета для современных воздушных судов составляет примерно от 9000 до примерно 11000 м. Давление воздушного потока для пассажирского салона может составлять примерно от 700 до примерно 800 мбар, что соответствует высоте над уровнем моря примерно от 2000 м до 3000 м. Однако этот поток воздуха может иметь любое давление, при котором человек может дышать без дополнительного дыхательного аппарата. Охлаждающее устройство на основе испарительного охлаждения можно также использовать на таких крейсерских высотах полета, поскольку оно не зависит от условий окружающей среды за пределами пассажирского салона.

Воздух на борту воздушного судна является относительно сухим. Поэтому такой воздух может поглощать относительно большое количество воды, благодаря чему достигается относительно интенсивное охлаждение.

Воздушный поток, поступающий в одну из частей пассажирского салона, может вырабатываться одним устройством кондиционирования воздуха. Возможно также, что воздушный поток, поступающий в одну из частей пассажирского салона, отбирается из одной части пассажирского салона, охлаждается в охлаждающем устройстве при помощи испарительного охлаждения и снова возвращается в ту же самую часть пассажирского салона. Можно также предусмотреть нагревательное устройство, которое нагревает воздушный поток, поступающий в одну из частей пассажирского салона, в том случае, когда желательно нагревать, а не охлаждать воздушный поток. Воздушный поток, поступающий в одну из частей пассажирского салона, можно отобрать из этой части при помощи вентилятора и после кондиционирования снова возвратить в указанную часть пассажирского салона.

Охлаждающее устройство может быть выполнено таким образом, чтобы для охлаждения обеспечивать испарение воды в воздушный поток, подаваемый в одну из частей пассажирского салона. Достоинство такой системы заключается в том, что воздушный поток, подаваемый в пассажирский салон, увлажняется, что может повышать комфорт для пассажиров.

Задача изобретения решена также при помощи системы кондиционирования воздуха для воздушного судна, обеспечивающей индивидуальное кондиционирование воздуха частей пассажирского салона воздушного судна, при этом указанная система содержит центральное устройство кондиционирования воздуха, обеспечивающее центральный воздушный поток, который во время полета имеет давление, превышающее давление воздуха за пределами пассажирского салона, и фактическую температуру T_gФакт. Система кондиционирования содержит первый подводящий трубопровод, который предназначен для того, чтобы подводить часть центрального воздушного потока в первую часть пассажирского салона. Отводной трубопровод системы кондиционирования воздуха предназначен для того, чтобы отводить другую часть центрального воздушного потока по меньшей мере в одну другую часть пассажирского салона. Система кондиционирования воздуха содержит также описанное выше охлаждающее устройство. Охлаждающее устройство охлаждает воздушный поток по меньшей мере в одном отводном трубопроводе в том случае, если фактическая температура T_gФакт воздушного потока в отводном трубопроводе выше, чем требуемая температура T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб воздушного потока, поступающего в соответствующую часть пассажирского салона.

Система кондиционирования предпочтительно содержит нагревательное устройство. Нагревательное устройство нагревает воздушный поток по меньшей мере в одном отводном трубопроводе в том случае, если фактическая температура воздушного потока в отводном трубопроводе ниже, чем требуемая температура T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб воздушного потока, поступающего в соответствующую часть пассажирского салона.

Отводной трубопровод может подавать часть центрального воздушного потока в охлаждающее устройство. К охлаждающему устройству может быть подключено множество распределительных трубопроводов, которые разделяют воздушный поток, выходящий из охлаждающего устройства, и подводят каждый воздушный поток к нагревательному устройству. К нагревательному устройству может быть подключен трубопровод, который подводит разделенный воздушный поток к одной из множества частей пассажирского салона. В этом случае часть центрального воздушного потока подается в первую часть пассажирского салона. Другая часть центрального воздушного потока подается в охлаждающее устройство, откуда он подводится к множеству нагревательных устройств. От каждого нагревательного устройства воздушный поток подается в соответствующую часть кабины.

Множество отводных трубопроводов может разветвлять часть воздушного потока, поступающего от центрального кондиционера, и подводить по одному ответвленному воздушному потоку к узлу нагревательного устройства и охлаждающего устройства. Один из множества подающих трубопроводов для определенной части пассажирского салона подает соответствующий воздушный поток от узла нагревательного устройства и охлаждающего устройства в одну из частей пассажирского салона. В этом варианте осуществления нагревательное устройство и охлаждающее устройство могут быть расположены последовательно или параллельно в каждом подающем трубопроводе для пассажирского салона.

Первая часть пассажирского салона и другие части пассажирского салона могут быть отделены друг от друга. Однако другие части пассажирского салона могут также по меньшей мере частично находиться в первой части пассажирского салона. Воздух, поступающий в первую часть пассажирского салона из центрального кондиционера, может всегда иметь фактическую температуру T_gфакт, без прохождения через охлаждающее устройство или нагревательное устройство. Нагревательные устройства могут содержать регулировочные клапаны, через которые поступает воздух, отбираемый от двигателя. Нагревательные устройства могут также представлять собой электрические нагревательные устройства. Центральный кондиционер может использовать, по меньшей мере частично, рециркулируемый воздух и/или воздух, отбираемый от двигателя. Теплый воздух, отбираемый от двигателя воздушного судна при помощи турбины, можно получать с особенно низкими энергетическими потерями. Воздух, отбираемый от двигателя, представляет собой сжатый воздух из окружающей среды, который при сжатии нагревается до температуры, превышающей температуру воздушного потока, подаваемого в какую-либо часть пассажирского салона. Вследствие этого воздух, отбираемый от двигателя, необходимо охлаждать, что приводит к потерям энергии. Поскольку отбор воздуха обычно осуществляется от компрессора двигателя, происходит потеря энергии в виде тяги. Альтернативно этому вместо воздуха, отбираемого от двигателя, можно использовать воздух, сжимаемый электрическим компрессором, однако, при этом возникают еще более высокие потери энергии.

Очевидно, что можно также использовать рециркулируемый воздух. Это связано с особенно низкими потерями энергии. Таким образом, центральный кондиционер может подавать нагретый и/или сжатый воздух с особенно низкими потерями энергии. Можно также использовать рециркуляцию воздуха из пассажирского салона в том случае, если объем воздуха, подаваемого снаружи в пассажирский салон, не достаточен для того, чтобы обеспечить стабильную вентиляцию пассажирского салона.

Система кондиционирования может также содержать управляющее устройство, которое обеспечивает управление центральным кондиционером таким образом, что подаваемый им воздух имеет фактическую температуру T_gФакт, которая, по существу, соответствует требуемой температуре T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб воздуха в той части пассажирского салона, которая требует максимального объемного потока воздуха. Как указано выше, центральный кондиционер может поставлять теплый воздух с относительно низкими потерями энергии. Поскольку фактическая температура T_gФакт воздушного потока, поступающего от центрального кондиционера, по существу, соответствует требуемой температуре той части пассажирского салона, которая требует максимального объемного потока воздуха, систему кондиционирования можно эксплуатировать при низкой потере мощности. Как указано вначале, нежелательно, чтобы воздух, отбираемый от двигателя, поступал на нагревательные устройства в качестве балансировочной массы воздуха, поскольку в этом случае требуются клапан и отдельные трубопроводы с относительно большим поперечным сечением. Эти дополнительные трубопроводы и клапан повышают массу воздушного судна и поэтому являются нежелательными. Кроме того, локальный нагрев, создаваемый балансировочной массой воздуха, приводит к возникновению проблем, связанных с безопасностью и теплоизоляцией вследствие высокой температуры балансировочной массы воздуха.

Предпочтительными являются электрические нагревательные устройства, поскольку они не требуют подающих трубопроводов для воздуха, отбираемого от двигателя. Благодаря этому, остается больше свободного пространства для других компонентов воздушного судна. Однако электрические нагревательные устройства имеют недостаток, который заключается в том, что необходимую для них электрическую энергию можно получать только с относительно высокой потерей мощности. Однако, поскольку электрические нагревательные устройства должны нагревать лишь относительно небольшой объем потока воздуха, в случае системы кондиционирования согласно изобретению общее потребление энергии ниже, чем для вышеописанных систем кондиционирования воздуха предшествующего уровня техники. Электрическое нагревательное устройство, например, легче установить в небольшом отсеке пассажирского салона и оно не вызывает вышеуказанных проблем с безопасностью, связанных с балансировочной массой воздуха.

Нагревательное устройство может представлять собой топливный элемент.

Управление или регулирование системы кондиционирования воздуха таким образом, чтобы центральный кондиционер обеспечивал воздушный поток с фактической температурой T_gФакт, которая, по существу, соответствует требуемой температуре той части пассажирского салона, для которой требуется максимальный объемный поток воздуха, с энергетической точки зрения может быть субоптимальным. Это означает, что такое управление или регулирование не могло бы привести к минимальному общему потреблению энергии даже с учетом потерь энергии. Однако при этом возникает упрощенная конструкция системы, которая имеет низкий вес, требует малого пространства для размещения и обладает высокой надежностью. Таким образом, эта конструкция системы при определенных обстоятельствах может стать наиболее подходящим решением.

Управляющее устройство может управлять центральным кондиционером, по меньшей мере одним охлаждающим устройством и по меньшей мере одним нагревательным устройством таким образом, чтобы общее потребление энергии системой кондиционирования воздуха было минимальным. В общем потреблении энергии учитываются потери энергии, которые возникают при получении теплого воздуха или при нагревании воздуха. При таком варианте осуществления изобретения может потребоваться охлаждение и нагревание каждого воздушного потока, в том числе воздушного потока, который подают в первую часть пассажирского салона. Потери энергии возникают, например, при превращении энергии вращения в электрическую энергию. Потери энергии возникают также при охлаждении воздуха, отбираемого от двигателя с температурой примерно 150-200°C, до температуры, пригодной для кондиционирования пассажирского салона воздушного судна.

Система кондиционирования воздуха обеспечивает воздушный поток в какую-либо часть пассажирского салона не обязательно с требуемой температурой воздуха в пассажирском салоне, а с температурой, которая требуется для того, чтобы достичь или поддерживать требуемую температуру в этой части пассажирского салона. В зависимости от тепловой нагрузки, которую создают пассажиры и технические устройства, в частности, электронные устройства, температура воздуха, подаваемого в какую-либо часть пассажирского салона, лежит примерно на 0-10°C ниже требуемой температуры воздуха в этой части пассажирского салона.

Центральный кондиционер может представлять собой, так называемый, агрегат для кондиционирования воздуха. К этому агрегату подводят отбираемый от двигателя воздух, который, как указано выше, имеет температуру примерно от 150°C до примерно 200°C. Воздух, отбираемый от двигателя, можно охлаждать набегающим потоком воздуха. Воздух, отбираемый от двигателя, может также проходить несколько циклов расширения и/или сжатия. Кроме того, воздух, отбираемый от двигателя, можно охлаждать в теплообменниках, например, при помощи набегающего потока воздуха. Использование набегающего потока воздуха повышает аэродинамическое сопротивление воздушного судна, т.е., вызывает потери энергии при кондиционировании воздуха в какой-либо части пассажирского салона. Воздух, поступающий от агрегата для кондиционирования, служит также в качестве теплоприемника для рециркулируемого воздуха. Температуру воздушного потока, поступающего от агрегата для кондиционирования воздуха, обычно регулируют в соответствии с требуемой мощностью охлаждения той части пассажирского салона, в которую подают указанный воздушный поток. При этом один или несколько теплообменников, установленных в агрегате для кондиционирования воздуха, увеличивают массу воздушного судна и повышают потери давления, например, вследствие трения между набегающим потоком воздуха и воздушным потоком, подлежащим кондиционированию в агрегате для кондиционирования воздуха.

Балансировочный воздух представляет собой воздух, отбираемый от двигателя и проходящий в обход агрегата для кондиционирования воздуха, например, через обводный клапан, поэтому балансировочный воздух не охлаждается. Таким образом, балансировочный воздух можно подавать с меньшими потерями энергии, чем воздух, поступающий от агрегата для кондиционирования воздуха, поскольку потери энергии из-за охлаждения в агрегате для кондиционирования воздуха отсутствуют. Однако балансировочный воздух увеличивает также массу воздуха, отбираемого от компрессора турбины, и тем самым - потери тяги.

Энергия, которую необходимо минимизировать, включает, например, энергию, которая расходуется на получение горячего воздуха, отбираемого от двигателя, энергию, которая расходуется на охлаждение воздуха, отбираемого от двигателя, и/или энергию, которая расходуется на рециркуляцию воздуха из пассажирского салона. Это - энергия, которая требуется для обеспечения нагретого воздуха центральным кондиционером. Кроме того, энергия, которую необходимо минимизировать, включает энергию для испарительного охлаждения, например, энергию, потребляемую для получения воды. Далее, энергия, подлежащая минимизации, включает энергию, необходимую для нагревательных устройств. В случае электрического нагревательного устройства следует учитывать ток, потребляемый нагревательным устройством, и потери энергии, возникающие при генерировании тока. В случае нагревательного устройства с регулировочными клапанами следует учитывать энергию, которая расходуется на получение горячего воздуха, отбираемого от двигателя, или балансировочной массы воздуха.

Энергия, которая расходуется на получение горячего воздуха, отбираемого от двигателя, вызывает потери тяги. Она возникает вследствие того, что компрессор двигателя всасывает воздух из окружающей среды, сжимает его и подает в систему кондиционирования воздуха. Горячий воздух, отбираемый от двигателя, может, как описано выше, подаваться в агрегат для кондиционирования воздуха и/или использоваться в качестве балансировочного воздуха. Баланс энергии, подлежащей минимизации, может также включать энергию, необходимую для сжатия наружного воздуха из окружающей среды, чтобы получить, воздух, отбираемый от двигателя. При этом следует учитывать потери энергии, связанные с теплообменниками и/или циклами расширения и сжатия в агрегате для кондиционирования воздуха. Далее можно учитывать потери энергии, связанные с повышением аэродинамического сопротивления воздушного судна вследствие использования набегающего потока воздуха. Можно также учитывать вес погружаемой на борт воды для охлаждения воздушного потока, поступающего в пассажирский салон воздушного судна. В целом, холодный воздух можно получать только с более высокими потерями энергии, чем теплый воздух.

В том случае, если требуемая температура воздушного потока, подаваемого в какую-либо часть пассажирского салона, ниже, чем фактическая температура воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера, указанный воздушный поток может быть охлажден в охлаждающем устройстве. Это осуществляют при помощи испарительного охлаждения для того, чтобы использовать для охлаждения минимально возможное количество энергии. Традиционные способы включают охлаждение воздуха хладагентом в теплообменнике или подмешивание холодного воздуха в местных смесителях. Использование хладагента и теплообменника является относительно дорогостоящим. Кроме того, при этом возникают потери энергии, связанные с коэффициентом полезного действия теплообменников и охлаждающего контура. Поскольку хладагент вводят в контур, необходимо иметь подающий трубопровод и отводной трубопровод. Подмешивание холодного воздуха в местном смесителе требует наличия дополнительного центрального кондиционера для получения холодного воздуха. Кроме того, требуются подводящие трубопроводы для подачи холодного воздуха в местные смесители, которые обычно должны иметь относительно большое поперечное сечение.

Поскольку в охлаждающем устройстве происходит испарение воды в воздушный поток, охлаждающее устройство создает нулевые или очень малые потери энергии. Поскольку при этом уменьшается общее потребление энергии, включая потери энергии, более высокие технические издержки могут быть оправданными. Если определенная часть пассажирского салона, которая требует наибольшего объемного потока воздуха, заранее определена, например, конструктивно, на основании ее величины или тепловых нагрузок, то охлаждающее устройство и нагревательное устройство в подающем воздухопроводе для этой части пассажирского салона можно исключить. При этом масса воздушного судна уменьшается.

Охлаждающее устройство может разбрызгивать воду в воздушный поток. Охлаждающее устройство может также распылять воду в воздушный поток при помощи ультразвука. Вода может испаряться в охлаждающем устройстве в воздушный поток из пористого материала. Кроме того, вода может испаряться в охлаждающем устройстве в воздушный поток с мембраны. Для охлаждения воздушного потока, подаваемого в какую-либо часть пассажирского салона, в воде можно использовать барботажную колонну. Кроме того, воду для испарения можно распылять сжатым воздухом. Для получения скрытой теплоты испарения можно использовать тело, смачиваемое водой и имеющее большую поверхность. Для обеспечения смачивания такое тело можно передвигать или вращать в водяной ванне или орошать каплями или смачивать.

Изобретение относится также к способу индивидуального кондиционирования частей воздушного судна за счет охлаждения воздушного потока, подаваемого в указанную часть воздушного судна, при помощи испарения воды в воздушный поток, который во время полета воздушного судна имеет давление, превышающее давление воздуха за пределами пассажирского салона. Вода может испаряться в воздушный поток, подаваемый в указанную часть воздушного судна.

Как указано выше, давление воздушного потока может составлять примерно от 700 до примерно 800 мбар. Способ согласно изобретению может быть усовершенствован при помощи вышеописанной системы кондиционирования.

Воздушный поток перед охлаждением может быть отобран из той части пассажирского салона, в которую его подают после охлаждения. В случае необходимости отобранный воздушный поток можно нагреть при помощи нагревательного устройства перед тем, как возвратить его в указанную часть пассажирского салона.

Способ согласно изобретению может включать следующие операции:

- обеспечивают воздушный поток, который во время полета воздушного судна имеет давление, превышающее давление воздуха за пределами пассажирского салона,

- регулируют температуру воздушного потока до фактической температуры T_gФакт,

- подают отрегулированный по температуре воздушный поток с фактической температурой T_gФакт в первую часть пассажирского салона,

- подают отрегулированный по температуре воздушный поток с фактической температурой T_gФакт по меньшей мере в одну другую часть пассажирского салона, и

- охлаждают воздушный поток, подаваемый по меньшей мере в одну другую часть пассажирского салона, при помощи испарения перед его подачей в соответствующую часть пассажирского салона, в том случае, если требуемая температура T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб воздушного потока, подаваемого в соответствующую часть пассажирского салона, ниже, чем фактическая температура T_gФакт.

Способ может также включать операцию, на которой нагревают по меньшей мере один воздушный поток, прежде чем он будет подан в другую соответствующую часть пассажирского салона в том случае, если требуемая температура T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб воздушного потока, подаваемого в указанную другую часть пассажирского салона, выше, чем фактическая температура T_gФакт.

В первом варианте осуществления способа согласно изобретению температуру кондиционированного воздушного потока с фактической температурой T_gФакт, который подается в другие части пассажирского салона, могут регулировать до значения, соответствующего минимальной требуемой температуре T_Требmin из всех требуемых температур T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб других частей пассажирского салона. Воздушный поток с требуемой температурой T_Требmin разделяют на множество воздушных потоков, каждый из которых предназначен для одной определенной части пассажирского салона. Разделенные воздушные потоки, каждый из которых подают в определенную часть пассажирского салона, нагревают до соответствующей требуемой температуры T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб в том случае, если требуемая температура воздушного потока, подаваемого в определенную часть пассажирского салона, выше, чем минимальная требуемая температура T_Требmin из всех требуемых температур T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб других частей пассажирского салона. В таком варианте осуществления имеется только одно охлаждающее устройство, которое охлаждает воздух для других частей пассажирского салона.

В другом варианте осуществления кондиционированный воздушный поток разделяют на множество воздушных потоков, каждый из которых подают в соответствующую часть пассажирского салона. По меньшей мере один отрегулированный по температуре воздушный поток с фактической температурой T_gФакт, который подают по меньшей мере в одну часть пассажирского салона, охлаждают до требуемой температуры T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб воздушного потока, подаваемого в соответствующую часть пассажирского салона, в том случае, если требуемая температура воздушного потока, подаваемого в определенную часть пассажирского салона, ниже, чем фактическая температура T_gФакт. По меньшей мере один отрегулированный по температуре воздушный поток с фактической температурой T_gТфакт, который подают по меньшей мере в одну часть пассажирского салона, нагревают до требуемой температуры T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб воздушного потока, подаваемого в соответствующую часть пассажирского салона, в том случае, если требуемая температура воздушного потока, подаваемого в определенную часть пассажирского салона, выше, чем фактическая температура T_gФакт. Воздух, подаваемый в другие части сначала разделяют, а затем, как описано выше, охлаждают или нагревают. В обоих вариантах осуществления первая часть может быть отделена от других частей пассажирского салона. Однако другие части могут также входить в состав первой части пассажирского салона.

Фактическая температура T_gФакт воздушного потока, находящегося под давлением, может, по существу, соответствовать требуемой температуре T_z1Треб, T_z2Треб, T_z3Треб в той части пассажирского салона, которая требует наибольшего объемного потока воздуха. Как описано выше, это позволяет уменьшить потребление энергии и, в частности, потери энергии. Фактическую температуру T_gФакт воздушного потока, находящегося под давлением, по существу, можно выбрать таким образом, чтобы общее потребление энергии было минимальным. В общем потреблении энергии учитываются потери энергии, которые возникают при получении теплого воздуха, а также при нагревании воздуха и при охлаждении воздуха. При таком варианте осуществления изобретения может потребоваться охлаждение и нагревание каждого воздушного потока, в том числе воздушного потока, подаваемого в первую часть пассажирского салона.

Изобретение относится к применению воды, которая испаряется в воздушный поток, подаваемый в пассажирский салон воздушного судна, с целью охлаждения указанного воздушного потока. Воздушный поток может поступать от вышеописанного центрального кондиционера и иметь давление, превышающее давление воздуха за пределами пассажирского салона. Охлажденный воздушный поток можно подавать в одну или несколько частей пассажирского салона. Охлажденный воздушный поток можно подавать в пассажирский салон, не разделенный на части. Однако, как описано выше, охлажденный воздушный поток можно также использовать для кондиционирования различных частей пассажирского салона воздушного судна.

Краткое описание чертежей

Далее приведено более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:

Фигура 1 - вариант осуществления системы кондиционирования, в котором воздух подается в ту часть пассажирского салона воздушного судна, которая требует наибольшего объемного потока воздуха, непосредственно из центрального кондиционера, а каждый трубопровод, подающий воздух в другую часть пассажирского салона, содержит охлаждающее устройство и нагревательное устройство;

Фигура 2 - вариант осуществления системы кондиционирования, в котором каждый трубопровод, подающий воздух в какую-либо часть пассажирского салона, содержит охлаждающее устройство и нагревательное устройство;

Фигура 3 - вариант осуществления системы кондиционирования, в которой воздушные потоки, подаваемые в различные части пассажирского салона, охлаждаются общим охлаждающим устройством;

Фигура 4 - h-x диаграмма Молье;

Фигура 5 - система кондиционирования предшествующего уровня техники.

Осуществление изобретения

Обычно пассажирский салон воздушного судна разделяют на несколько частей, которые рассматривают в качестве зон с индивидуальной требуемой температурой. Каждая зона может содержать собственную систему регулирования температуры или управления температурой. Обычно требуемые температуры каждой части незначительно отличаются друг от друга. Однако тепловые нагрузки в этих частях могут сильно отличаться, например, вследствие различной плотности размещения пассажиров или числа устройств, излучающих при работе тепло. Требуемые температуры воздушного потока, подаваемого в соответствующую часть пассажирского салона, зависят от тепловых нагрузок в этой части и вследствие этого сильно различаются. Поэтому в части пассажирского салона с высокими тепловыми нагрузками необходимо подавать воздух с более низкой требуемой температурой.

На фигуре 1 показан вариант осуществления изобретения, в котором воздух подается в ту часть пассажирского салона воздушного судна, которая требует наибольшего объемного потока воздуха, непосредственно из центрального кондиционера 2 без охлаждения в дополнительном охлаждающем устройстве или нагревания в дополнительном нагревательном устройстве. К центральному кондиционеру 2 подводится воздушный поток 4, который может содержать воздух, отбираемый от двигателя, и/или воздух 50, рециркулируемый из пассажирского салона 28. На выходе из центрального кондиционера 2 воздушный поток 6 имеет более высокое давление, чем давление воздуха за пределами пассажирского салона. Воздушный поток 6 поступает в салон 28 по первому подающему трубопроводу. В пассажирском салоне выделены другие индивидуально кондиционируемые части, которые образуют окружение сидений 30, 32 и 34. Воздушный поток 6 подается по второму подающему трубопроводу 10 в первое охлаждающее устройство 16 и в первое нагревательное устройство 22, прежде чем он поступит в зону первого сиденья 30 в виде индивидуально кондиционированного воздушного потока 36. Ко второму сиденью 32 и к третьему сиденью 34 индивидуально кондиционированные потоки воздуха подаются по подающим трубопроводам 12 и 14 через охлаждающее устройство 18 или 20 и нагревательное устройство 24 или 26. Нагревательное устройство и охлаждающее устройство могут быть расположены последовательно или параллельно.

В охлаждающем устройстве происходит испарение воды в воздушный поток, который протекает через охлаждающее устройство. В охлаждающем устройстве вода может впрыскиваться в воздушный поток через сопло. Это сопло может представлять собой ультразвуковое сопло. Альтернативно этому при помощи ультразвука можно получать водяной туман. При этом над поверхностью воды при помощи ультразвука получают туман, капли которого испаряются в воздушный поток. Кроме того, в воздушный поток можно испарять воду, содержащуюся в пористом или сыпучем материале. Материал-носитель, имеющий большую поверхность, смачивают водой, которая испаряется с указанной поверхности в воздушный поток. Испарение можно производить также при помощи мембраны. При этом вода испаряется из жидкого состояния с одной стороны мембраны в воздушный поток на другой стороне мембраны. Для охлаждения воздушного потока, подаваемого в какую-либо часть пассажирского салона, можно также использовать в воде барботажную колонну. Кроме того, воду для охлаждения испарением можно распылять сжатым воздухом. Для охлаждения испарением можно использовать тело с большой поверхностью, смоченное водой. Для обеспечения смачивания такое тело можно передвигать или вращать в водяной ванне или орошать каплями или смачивать. Испарение можно производить также на теплопроводной поверхности. При этом вода испаряется на теплопроводной поверхности в воздушно-воздушном теплообменнике в первом из двух воздушных потоков. При этом такой воздушный поток увлажняется и, следовательно, охлаждается. Кроме того, благодаря теплопроводной поверхности, теплота отводится от второго воздушного потока, не повышая его влажности. Этот второй воздушный поток можно подавать в какую-либо часть пассажирского салона.

Вода, которая требуется для испарения в охлаждающих устройствах 16, 18, 20 может храниться в резервуарах, которые могут заправляться, и/или может собираться в виде конденсационной влаги из любого кондиционера на воздушном судне. Если воду для охлаждения невозможно получать или регенерировать на борту, ее приходится заправлять на земле, что повышает вес и требует пространства для размещения. В результате этого возникают потери энергии, которые можно учитывать. Воду можно также получать из одного или нескольких топливных элементов, например, после конденсации отработанных газов из топливных элементов на холодной наружной обшивке воздушного судна. Кроме того, воду можно получать путем конденсации из воздуха, например, из воздуха, выходящего из пассажирского салона, на холодной наружной обшивке воздушного судна.

В данном варианте осуществления для пассажирского салона 28 требуется наибольший объемный поток воздуха. Первый температурный датчик 48 измеряет фактическую температуру T_сФакт в пассажирском салоне 28. Управляющее устройство (не показано) сравнивает фактическую температуру T_сФакт с требуемой температурой T_сcТреб в пассажирском салоне 28. На основании полученных результатов управляющее устройство рассчитывает требуемую температуру T_zcТреб воздушного потока, подаваемого в пассажирский салон 28, по первому подающему трубопроводу 8. Управление центральным кондиционером 2 осуществляется таким образом, чтобы фактическая температура T_сФакт отдаваемого им воздушного потока, по существу, соответствовала требуемой температуре T_zcТреб воздушного потока, подаваемого в пассажирский салон 28.

В центральный кондиционер 2 можно подавать рециркулированный воздух 50 и/или воздух, отбираемый от двигателя. Эти источники нагретого воздуха могут поставлять нагретый воздух с особенно низкими потерями энергии. Системы кондиционирования предшествующего уровня техники в подающем трубопроводе той части пассажирского салона, для которой требуется наибольший объемный поток воздуха, содержат также электрическое нагревательное устройство. Электрическую энергию можно получать на борту воздушного судна только с относительно высокими потерями энергии. Поэтому система кондиционирования согласно изобретению в целом потребляет меньше энергии, чем система кондиционирования предшествующего уровня техники.

В варианте осуществления, показанном на фигуре 1, вторая часть пассажирского салона находится в зоне первого сиденья 30, третья часть пассажирского салона - в зоне второго сиденья 32 и четвертая часть пассажирского салона - в зоне третьего сиденья 34. При этом вторая, третья и четвертая части пассажирского салона могут быть отделены от первой части пассажирского салона 28.

Фактическую температуру T_1Факт в зоне первого сиденья 30 измеряет второй температурный датчик 42, фактическую температуру T_2Факт в зоне второго сиденья 32 - третий температурный датчик 44, а фактическую температуру T_3Факт в зоне третьего сиденья 34 - четвертый температурный датчик 46. Для зоны первого сиденья 30 установлена требуемая температура T_1Треб, для зоны второго сиденья 32 - требуемая температура Т_2Треб, а для зоны третьего сиденья 34 - требуемая температура T_3Треб. Требуемые температуры в зоне сидений 30, 32 и 34 могут быть установлены централизованно или индивидуально для каждого сиденья, например, при помощи регулировочного устройства, встроенного в сиденье.

Для регулирования температуры в зоне первого сиденья 30 используют первое охлаждающее устройство 16 и первое нагревательное устройство 22. По первому отводному трубопроводу 10 воздух подается в охлаждающее устройство 16 и нагревательное устройство 22, а затем по второму подающему трубопроводу 36 - в зону первого сиденья 30. Управляющее устройство (не показано) на основании фактической температуры T_1Факт, измеренной вторым температурным датчиком 42, и требуемой температуры T_1Треб в зоне первого сиденья 30 определяет требуемую температуру T_z1Треб воздушного потока, поступающего из второго подающего трубопровода 36 в зону первого сиденья 30. Воздух в первом отводном трубопроводе 10 имеет фактическую температуру Т_gФакт. Если фактическая температура T_gФакт выше, чем требуемая температура T_z1Треб воздушного потока во втором подающем трубопроводе 36, первое охлаждающее устройство 16 охлаждает воздушный поток до температуры T_z1Треб. Если фактическая температура T_gФакт ниже, чем требуемая температура T_z1Треб воздушного потока во втором подающем трубопроводе 36, первое нагревательное устройство 22 нагревает воздушный поток до температуры T_z1Треб. Управление первым охлаждающим устройством 16 и первым нагревательным устройством 22 на основе фактической температуры T_gФакт воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 2, регулирование требуемой температуры T_z1Треб воздушного потока, подаваемого в зону первого сиденья 30, а также фактической температуры T_1Факт и требуемой температуры T_1Треб в зоне первого сиденья 30 можно осуществлять при помощи автономного управляющего устройства. Это особенно желательно в случае больших воздушных судов. Однако возможно также управление центральным кондиционером 2, первым охлаждающим устройством 16 и первым нагревательным устройством 22 при помощи общего управляющего устройства.

Регулирование температуры воздушного потока, поступающего из третьего подающего трубопровода 38 в зону второго сиденья 32, осуществляется таким же способом, как описано для зоны первого сиденья 30. Для этого управляющее устройство на основании фактической температуры T_2Факт, измеренной третьим температурным датчиком 44, и требуемой температуры T_2Треб в зоне второго сиденья 32 определяет требуемую температуру T_z2Треб воздушного потока, поступающего из третьего подающего трубопровода 38 в зону второго сиденья 32. Управляющее устройство обеспечивает управление вторым охлаждающим устройством 18 и вторым нагревательным устройством 24 таким образом, чтобы воздушный поток, выходящий из центрального кондиционера 2 с фактической температурой T_gФакт, при поступлении в зону второго сиденья 32 имел требуемую температуру T_z2Треб.

Регулирование температуры воздушного потока, поступающего из четвертого подающего трубопровода 40 в зону второго сиденья 34, осуществляется таким же способом, как описано для зоны первого сиденья 30 и зоны второго сиденья 32. Управляющее устройство на основании фактической температуры T_3Факт, измеренной четвертым температурным датчиком 46, и требуемой температуры T_3Треб в зоне третьего сиденья 34 определяет требуемую температуру T_z3Треб воздушного потока, поступающего из четвертого подающего трубопровода 40 в зону третьего сиденья 34. Управляющее устройство обеспечивает управление третьим охлаждающим устройством 20 и третьим нагревательным устройством 26 таким образом, чтобы воздушный поток, выходящий из центрального кондиционера 2 с фактической температурой T_gФакт, при поступлении в зону третьего сиденья 34 имел требуемую температуру T_z3Треб.

Второе охлаждающее устройство 18 и второе нагревательное устройство 24 могут иметь независимое или автономное управление. Управление третьим охлаждающим устройством 20 и третьим нагревательным устройством 26 также может быть независимым или автономным. Однако возможно также управление несколькими или всеми охлаждающими устройствами и нагревательными устройствами при помощи одного управляющего устройства. Кроме того, можно предусмотреть также единое управляющее устройство, которое обеспечивает управление центральным кондиционером 2 и всеми охлаждающими устройствами и нагревательными устройствами.

В соответствии с этим положением управляющее устройство должно содержать систему управления с замкнутым контуром регулирования. При этом требуемую температуру воздуха в каждой части пассажирского салона можно регулировать локально. Регулирование температуры в каждой части пассажирского салона может осуществляться при помощи датчиков, установленных в пассажирском салоне. Для кондиционирования каждой локальной зоны, например, для кондиционирования зоны сиденья, возможно также управление на основании индивидуальных ощущений. При этом можно непосредственно устанавливать требуемую температуру воздуха, поступающего в соответствующую часть пассажирского салона, и/или непосредственно настраивать мощность нагревания/охлаждения.

На фигуре 2 показан второй вариант осуществления изобретения. Конструкция и принцип функционирования этого второго варианта осуществления, по существу, соответствуют первому варианту осуществления. Одинаковые или аналогичные детали обозначены такими же ссылочными номерами, как и на фигуре 1. Во втором варианте осуществления дополнительно к первому варианту осуществления содержится устройство 54 охлаждения воздуха в пассажирском салоне и устройство 56 нагревания воздуха в пассажирском салоне. Отводной трубопровод 52 подает воздух с фактической температурой T_gФакт от центрального кондиционера 2 в устройство 54 охлаждения воздуха в пассажирском салоне и устройство 56 нагревания воздуха в пассажирском салоне. Если фактическая температура T_gФакт воздуха, выходящего из центрального кондиционера 2, выше, чем требуемая температура T_zcТреб воздушного потока, поступающего из первого подающего трубопровода 8' в пассажирский салон 28, управляющее устройство (не показано) обеспечивает управление устройством 54 охлаждения воздуха пассажирского салона таким образом, что оно охлаждает поток воздуха, поступающий из центрального кондиционера 2, до требуемой температуры T_zcТреб. Если фактическая температура T_gФакт воздуха, выходящего из центрального кондиционера 2, ниже, чем требуемая температура T_zcТреб воздушного потока, подаваемого в пассажирский салон 28, устройство 56 нагревания воздуха в пассажирском салоне нагревает этот воздушный поток до требуемой температуры T_zcТреб. В этом случае фактическую температуру T_gФакт воздуха, выходящего из центрального кондиционера 2, можно выбрать таким образом, чтобы минимизировать общее потребление энергии системой кондиционирования. Это особенно полезно, когда для отдельных частей пассажирского салона требуются аналогичные объемные потоки воздуха. В этом случае управляющее устройство обеспечивает управление центральным кондиционером 2, охлаждающими устройствами 16, 18, 20, устройством 54 охлаждения воздуха в пассажирском салоне, нагревательными устройствами 22, 24, 26 и устройством 56 нагревания воздуха в пассажирском салоне. Нагревательное устройство и устройство нагревания воздуха в пассажирском салоне, а также охлаждающее устройство или устройство охлаждения воздуха в пассажирском салоне, соединенные с одним подающим трубопроводом, могут быть установлены последовательно или параллельно.

Как указано выше, минимизируемая энергия включает энергию, которая расходуется на получение горячего воздуха, отбираемого от двигателя, энергию, которая расходуется на охлаждение воздуха, отбираемого от двигателя, и/или энергию, которая расходуется на рециркуляцию воздуха из пассажирского салона. Это - энергия, которая требуется для того, чтобы пропустить теплый воздух через кондиционер. Кроме того, минимизируемая энергия включает энергию, которая требуется для испарительного охлаждения, например, энергию, которая требуется для подачи воды. Минимизируемая энергия включает энергию, которая требуется для нагревательных устройств. В случае электрического нагревательного устройства следует учитывать ток, потребляемый нагревательным устройством, и потери энергии, возникающие при генерировании тока. В случае нагревательного устройства с регулировочными клапанами следует учитывать энергию, которая расходуется на получение горячего воздуха, отбираемого от двигателя, или балансировочной массы воздуха. Если отбираемая балансировочная масса воздуха уменьшает отбираемое количество воздуха, которое подводится к агрегату для кондиционирования воздуха, можно также учитывать, что потери энергии в агрегате для кондиционирования уменьшаются, поскольку в агрегате приходится охлаждать меньшее количество отобранного воздуха.

Как указано выше, затрата энергии на получение горячего воздуха, отбираемого от двигателя, приводит к потере тяги. Это происходит потому, что компрессор двигателя всасывает наружный воздух, сжимает его и подает в систему кондиционирования воздуха. Горячий воздух, отобранный от двигателя, можно, как описано выше, подавать на агрегат для кондиционирования воздуха и/или использовать в качестве балансировочной массы воздуха. Минимизируемый баланс энергии может также включать энергию, необходимую для сжатия наружного воздуха с целью получения воздуха, отбираемого от двигателя. Следует также учитывать потери энергии в агрегате для кондиционирования воздуха, связанные с теплообменниками и/или циклами расширения и сжатия. Кроме того, следует учитывать потери энергии, связанные с увеличением аэродинамического сопротивления воздушного судна вследствие использования набегающего потока воздуха. Можно также учитывать вес загружаемой на борт воды для охлаждения воздушного потока, подаваемого в пассажирский салон. В общем случае холодный воздух можно получать только с более высокими потерями энергии, чем теплый воздух.

Поскольку система кондиционирования воздуха согласно изобретению позволяет охлаждать воздух без потерь или почти без потерь энергии, а нагревательное устройство в случае питания его электрической энергией имеет относительно высокие потери энергии, связанные с генерированием электрического тока, может оказаться целесообразным установить фактическую температуру T_gФакт равной максимальной требуемой температуре воздушных потоков, подаваемых в пассажирский салон. Это особенно целесообразно в тех случаях, когда в одной части пассажирского салона требуется температура, незначительно более высокая, чем в других частях пассажирского салона. Воздух, подаваемый в другие части пассажирского салона, может быть охлажден путем испарительного охлаждения. Как указано выше, центральный кондиционер 2 может поставлять теплый воздух при относительно низких потерях энергии в случае использования, например, рециркулируемого воздуха 50 или воздуха, отбираемого от двигателя. Фактическая температура T_gФакт воздушного потока, поступающего от центрального кондиционера 2, может быть установлена равной любому значению, которое лежит между минимальной и максимальной требуемой температурой воздушных потоков, подаваемых в различные части пассажирского салона.

На фигуре 3 показан третий вариант осуществления изобретения. Третий вариант осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления, показанного на фигуре 1, тем, что воздушный поток подается из первого трубопровода 6 по общему отводному трубопроводу 58 в центральное охлаждающее устройство 60. Из центрального охлаждающего устройства 60 воздушный поток по первому распределительному трубопроводу 62 подается в первое нагревательное устройство 22, откуда он по второму подающему трубопроводу поступает в зону первого сиденья 30. Часть воздушного потока подается по второму распределительному трубопроводу 64 из центрального охлаждающего устройства 60 во второе нагревательное устройство 24, откуда она по третьему подающему трубопроводу 38 поступает в зону второго сиденья 32. Другая часть воздушного потока подается по третьему распределительному трубопроводу 66 из центрального охлаждающего устройства 60 в третье нагревательное устройство 26, откуда она по четвертому подающему трубопроводу 40 поступает в зону третьего сиденья 34. Управление фактической температурой T_gФакт воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 2, осуществляется так же, как это описано для первого варианта осуществления, показанного на фигуре 1.

Таким образом, фактическая температура T_gфакт воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 2, соответствует требуемой температуре в пассажирском салоне 28. Предпочтительно фактическая температура T_gФакт воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 2, по существу, соответствует требуемой температуре в той части пассажирского салона, в которой требуется максимальный объемный поток воздуха.

Второй температурный датчик 42 измеряет фактическую температуру T_1Факт в зоне первого сиденья 30, третий температурный датчик 44 - фактическую температуру T_2Факт в зоне второго сиденья 32, а четвертый температурный датчик 46 измеряет фактическую температуру T_3Факт в зоне третьего сиденья 34. Управляющее устройство (не показано) сравнивает фактические температуры T_1Факт, T_2Факт и T_3Факт с требуемыми температурами T_1Треб, T_2Треб и T_3Треб в зонах сидений 30, 32 и 34 и на основании полученных результатов рассчитывает требуемую температуру T_z1Треб воздушного потока, подаваемого в зону первого сиденья 30, требуемую температуру T_z2Треб воздушного потока, подаваемого в зону второго сиденья 32, и требуемую температуру T_z3Треб воздушного потока, подаваемого в зону третьего сиденья 34.

В том случае, если требуемая температура T_1Треб, T_2Треб, T_3Треб ниже, чем фактическая температура T_gфакт воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 2, центральный кондиционер 60 охлаждает воздушный поток, поступающий по отводному трубопроводу 58 до самой низкой из требуемых температур T_1Треб, T_2Треб, T_3Треб воздушных потоков, подаваемых в зоны сидений 30, 32 и 34. Если фактическая температура воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 60, соответствует требуемой температуре воздушного потока, подаваемого в зону одного из сидений, соответствующее нагревательное устройство не должно нагревать этот воздушный поток. Так, например, если фактическая температура воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 60, соответствует требуемой температуре T_z1Треб воздушного потока, подаваемого в зону сиденья 30, первое нагревательное устройство 22 не должно нагревать этот воздушный поток.

Если требуемая температура воздушного потока, подаваемого в зону одного из сидений, выше, чем фактическая температура воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 60, нагревательное устройство, через которое проходит этот поток воздуха, должно нагревать его до требуемой температуры соответствующего воздушного потока. Так, например, если требуемая температура T_z2Треб воздушного потока, подаваемого в зону сиденья 32, выше, чем фактическая температура воздушного потока, выходящего из центрального кондиционера 60, нагревательное устройство, 24 должно нагревать воздушный поток, выходящий из второго распределительного трубопровода 64, до требуемой температуры T_z2Треб.

Такой вариант осуществления особенно пригоден для воздушных судов, в которых множество небольших зон, например, зоны сидений, должны снабжаться охлажденным воздухом.

На фигуре 4 представлена h-x диаграмма Молье для давления воздуха примерно 782 ГПа, что соответствует высоте 7000 футов (примерно 2134 м) над уровнем моря. Точка A представляет воздух, который имеет температуру 20°C м относительную влажность 5% и подается в испарительный холодильник. Это примерно соответствует требованиям к индивидуально регулируемой вентиляции в бизнес-классе воздушного судна на крейсерской высоте полета. Точка B представляет собой точку с минимально достижимой температурой при испарительном охлаждении, т.е. примерно 5°C. Луч, выходящий из точки A в направлении точки C, показывает температуру при нагревании с учетом относительной влажности воздуха. При использовании способа испарительного охлаждения на воздушном судне нельзя получать максимальную относительную влажность 100%, поскольку это было бы связано с большой конденсацией влаги на холодных поверхностях и, как следствие этого, с коррозией. При реальной максимальной влажности 50% на выходе воздуха воздушный поток в данном примере может быть охлажден примерно с 20°C до примерно 10°C.

Способ и система кондиционирования согласно изобретению обеспечивают управляемое или регулируемое охлаждение и нагревание локальных воздушных потоков. Благодаря управлению центральным кондиционером на основе требуемой температуры воздушных потоков, подаваемых в отдельные части пассажирского салона, потребление энергии системой кондиционирования можно минимизировать даже с учетом энергетических потерь, которые возникают, например, при нагревании или охлаждении воздуха. Трубопроводы для подачи воды в устройства испарительного охлаждения требуют мало места по сравнению с подающим трубопроводом холодного воздуха или подводящим и отводящим трубопроводом, которые были бы необходимы в случае охлаждения циркулирующим хладагентом. Поскольку вода имеется в наличии на борту воздушного судна, дополнительный хладагент не требуется. При испарении в охлаждающих устройствах предпочтительно использовать конденсационную влагу, поскольку конденсационная влага может собираться на холодной поверхности, например в испарителе для хладагента или на наружной обшивке воздушного судна, и, по существу, не содержит извести, солей или других растворенных материалов. Для размещения охлаждающих устройств может потребоваться мало места. Потребление энергии для охлаждения воздушного потока уменьшается, поскольку требуется только подавать воду и распылять ее. Охлаждение испарением имеет малое нерабочее время или постоянную времени. Благодаря локальному повышению влажности воздуха, повышается комфорт для пассажиров, особенно при полетах на дальние расстояния. Испарительное охлаждение можно использовать для кондиционирования пассажирского салона или какой-либо части пассажирского салона. Кроме того, испарительное охлаждение можно использовать для локального кондиционирования, например, для кондиционирования зоны сиденья.

Еще одно достоинство изобретения состоит в том, что в каждую часть пассажирского салона подается свежий воздух, т.е. воздух, который предварительно обрабатывается в центральном кондиционере. Тем самым также повышается комфорт для пассажиров.

Система кондиционирования воздушного судна предназначена для индивидуального кондиционирования частей (28, 30, 32, 34) пассажирского салона (28) воздушного судна и содержит центральный кондиционер (2), который обеспечивает центральный поток кондиционированного воздуха. Часть центрального воздушного потока (6) подается в первую часть пассажирского салона (28). Другая часть центрального воздушного потока нагревается в нагревательном устройстве (16, 18, 20) или охлаждается в охлаждающем устройстве (22, 24, 26) и поступает в другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона. В охлаждающем устройстве (22, 24, 26) испаряется вода для того, чтобы охладить воздушный поток, подаваемый в соответствующую часть (28, 30, 32, 34) пассажирского салона. Достигается усовершенствование системы кондиционирования для индивидуального кондиционирования воздуха в различных частях пассажирского салона воздушного судна. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система кондиционирования воздуха воздушного судна, предназначенная для индивидуального кондиционирования частей (28, 30, 32, 34) пассажирского салона (28) воздушного судна, содержащая центральный кондиционер (2) для обеспечения центрального воздушного потока, который имеет давление, превышающее давление воздуха за пределами пассажирского салона (28) во время полета воздушного судна, и фактическую температуру (T_gФaкт), первый подающий трубопровод (8), выполненный с возможностью подачи части центрального воздушного потока в первую часть (28) пассажирского салона, и по меньшей мере один отводной трубопровод (10, 12, 14, 58), выполненный с возможностью подачи другой части центрального воздушного потока по меньшей мере в одну другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, отличающаяся тем, что она содержит охлаждающее устройство (16, 18, 20, 60), выполненное с возможностью охлаждения воздушного потока по меньшей мере в одном отводном трубопроводе (10, 12, 14, 58) в том случае, если фактическая температура (T_gФакт) воздушного потока в указанном отводном трубопроводе (10, 12, 14, 58) выше, чем требуемая температура (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) воздушного потока, подаваемого в указанную соответствующую другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, при этом охлаждающее устройство (16, 18, 20, 60) выполнено с возможностью, для цели охлаждения, испарения воды в воздушный поток, подаваемый в одну из частей (28, 30, 32, 34) пассажирского салона (28).

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит управляющее устройство, выполненное с возможностью управления охлаждающим устройством (16, 18, 20, 60) на основании результатов измерения фактической температуры (T_gФакт) таким образом, чтобы обеспечивать охлаждение воздушного потока в отводном трубопроводе (10, 12, 14, 58) до требуемой температуры (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) воздушного потока, подаваемого в соответствующую часть (30, 32, 34) пассажирского салона.

3. Система по п.l, отличающаяся тем, что охлаждающее устройство (16, 18, 20, 60) выполнено с возможностью, для цели охлаждения, испарения воды в воздушный поток, подаваемый в конкретную часть (28, 30, 32, 34) пассажирского салона (28).

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит нагревательное устройство (22, 24, 26), выполненное с возможностью нагрева воздушного потока по меньшей мере в одном отводном трубопроводе (10, 12, 14) в том случае, если фактическая температура воздушного потока ниже, чем требуемая температура (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) воздушного потока, подаваемого в указанную соответствующую другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что отводной трубопровод (58) выполнен с возможностью подачи части центрального воздушного потока в охлаждающее устройство (60), при этом к охлаждающему устройству (60) присоединено множество распределительных трубопроводов (62, 64, 66), предназначенных для разделения воздушного потока, выходящего из охлаждающего устройства (60), и подачи разделенного воздушного потока в нагревательное устройство (22, 24, 26), при этом к нагревательному устройству (22, 24, 26) присоединен по меньшей мере один подающий трубопровод (36, 38, 40) для подачи воздушного потока в соответствующую одну из частей (30, 32, 34) пассажирского салона.

6. Система по п.4, отличающаяся тем, что содержит множество отводных трубопроводов (10, 12, 14) для отвода части воздушного потока от центрального кондиционера (2) и подачи соответствующего отведенного воздушного потока в узел нагревательного устройства (22, 24, 26) и охлаждающего устройства (16, 18, 20), при этом предусмотрено множество подающих трубопроводов (36, 38, 40) для подачи соответствующего воздушного потока из узла нагревательного устройства (22, 24, 26) и охлаждающего устройства (16, 18, 20) в одну из частей (30, 32, 34) пассажирского салона.

7. Система по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что предусмотрено управляющее устройство, выполненное с возможностью управления центральным кондиционером (2) таким образом, чтобы выходящий из него воздух имел фактическую температуру (T_gФакт), которая, по существу, соответствует требуемой температуре (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) той части (28, 30, 32, 34) пассажирского салона, для которой необходим максимальный объемный поток воздуха.

8. Система по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что предусмотрено управляющее устройство, выполненное с возможностью управления центральным кондиционером (2), по меньшей мере одним охлаждающим устройством (16, 18, 20, 60) и по меньшей мере одним нагревательным устройством (22, 24, 26) таким образом, чтобы общее потребление энергии системой кондиционирования было минимальным.

9. Система по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что охлаждающее устройство (16, 18, 20, 60) выполнено с возможностью разбрызгивания воды в воздушный поток, с возможностью распыления воды в воздушный поток при помощи ультразвука и/или с возможностью пульверизации воды в воздушный поток при помощи сжатого воздуха, или охлаждающее устройство (16, 18, 20, 60) выполнено таким образом, чтобы обеспечить прохождение воздушного потока, подаваемого в части (28, 30, 32, 34) пассажирского салона, через барботажную колонну, или охлаждающее устройство (16, 18, 20, 60) выполнено таким образом, чтобы обеспечить испарение в воздушный поток воды, содержащейся в пористом материале и/или на теле с большой поверхностью, или охлаждающее устройство (16, 18, 20, 60) выполнено таким образом, чтобы обеспечить испарение воды в воздушный поток с мембраны.

10. Способ индивидуального кондиционирования частей (28, 30, 32, 34) пассажирского салона (28) воздушного судна, включающий следующие операции:
- обеспечивают воздушный поток, который во время полета воздушного судна имеет давление, превышающее давление воздуха за пределами пассажирского салона,
- регулируют температуру указанного воздушного потока до фактической температуры T_gФакт,
- подают отрегулированный по температуре поток воздуха с фактической температурой (T_gФакт) в первую часть (28) пассажирского салона и
- подают отрегулированный по температуре поток воздуха с фактической температурой (T_gФакт) по меньшей мере в одну другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, отличающийся тем, что
- охлаждают воздушный поток, подаваемый в указанную по меньшей мере одну другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, путем испарения воды прежде, чем этот воздушный поток будет подан в указанную соответствующую другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, в том случае, если требуемая температура (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) воздушного потока, подаваемого в указанную соответствующую другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, ниже, чем фактическая температура (T_gФакт).

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что управляют процессом охлаждения воздушного потока, подаваемого в указанную по меньшей мере одну другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, на основе измеренной фактической температуры (T_gФакт) таким образом, чтобы этот воздушный поток поступал в указанную часть (30, 32, 34) пассажирского салона с требуемой температурой (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) воздушного потока, подаваемого в эту часть (30, 32, 34) пассажирского салона.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что обеспечивают испарение воды в воздушный поток, подаваемый в соответствующую часть (28, 30, 32, 34) пассажирского салона (28).

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что отбирают воздух из той части (28, 30, 32, 34) пассажирского салона, в которую подают воздушный поток, при этом отобранный воздушный поток охлаждают, прежде чем он снова будет подан в соответствующую часть (28, 30, 32, 34) пассажирского салона.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что воздушный поток, подаваемый в указанную другую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, нагревают прежде, чем этот воздушный поток будет подан в соответствующую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, в том случае, если требуемая температура (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) воздушного потока, подаваемого в соответствующую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, выше, чем фактическая температура (T_gФакт).

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что включает следующие операции:
- охлаждают отрегулированный по температуре воздушный поток с фактической температурой (T_gФакт), подаваемый в указанные другие части пассажирского салона, до минимальной требуемой температуры (Т_Требmin) из всех требуемых температур (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) соответствующих частей (30, 32, 34) пассажирского салона,
- разделяют воздушный поток с требуемой температурой (Т_Требmin) на множество воздушных потоков, каждый из которых предназначен для соответствующей части (30, 32, 34) пассажирского салона,
- нагревают разделенные воздушные потоки, подаваемые в соответствующие части (30, 32, 34) пассажирского салона, до соответствующей требуемой температуры (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) в том случае, если требуемая температура воздушного потока, подаваемого в соответствующую часть (30, 32, 34) пассажирского салона, выше, чем минимальная требуемая температура (Т_Требmin) из всех требуемых температур (Т_z1Треб, Т_z2Треб, T_z3Треб) других частей пассажирского салона.