УСТАНОВКА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА, СОДЕРЖАЩАЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУШЕНИЯ ВОЗДУХА, И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТАКОЙ УСТАНОВКИ
AIR CONDITIONER WITH AIR DRIER AND METHOD OF ITS OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к установке кондиционирования воздуха, пригодной для кондиционирования воздуха на воздушном судне и оснащенной устройством для осушения воздуха. Кроме того, изобретение относится к способу эксплуатации такой установки кондиционирования воздуха, к воздушному судну, оснащенному такой установкой кондиционирования воздуха, к способу эксплуатации такого воздушного судна, а также к внешней системе кондиционирования воздуха, оснащенной такой установкой кондиционирования воздуха и пригодной для кондиционирования воздуха на воздушном судне.
Уровень техники
На современном пассажирском воздушном судне пассажирский салон или отдельные области пассажирского салона, грузовой отсек или отдельные области грузового отсека, кабина пилотов и помещение для отдыха экипажа образуют различные климатические зоны, в которых кондиционирование воздуха как во время выполнения полетов, так и при наземной эксплуатации воздушного судна может осуществляться при помощи бортовой установки кондиционирования воздуха. Кроме того, установка кондиционирования воздуха воздушного судна во время выполнения полетов воздушного судна обеспечивает в пассажирском салоне и по меньшей мере в отдельных областях грузового отсека поддержание давления, повышенного по отношению к более низкому давлению окружающей среды на крейсерской высоте полета воздушного судна. При выполнении полетов воздушного судна в установку кондиционирования воздуха воздушного судна обычно подается горячий воздух, находящийся при повышенном давлении, который отбирается от компрессоров двигательной установки или компрессоров вспомогательной двигательной установки и/или воздух из окружающей среды. При наземной эксплуатации воздушного судна с выключенными двигателями установка кондиционирования воздуха воздушного судна, напротив, как правило, снабжается воздухом из окружающей среды. Кроме того, при наземной эксплуатации воздушного судна кондиционирование воздуха в различных климатических зонах воздушного судна можно осуществлять при помощи внешней системы кондиционирования воздуха, которая подключается к воздушному судну. Во внешнюю систему кондиционирования воздуха обычно также подается воздух из окружающей среды.
В кондиционерах установки кондиционирования воздуха воздушного судна или внешней системы кондиционирования воздуха воздух, отобранный от двигательной установки, и/или воздух из окружающей среды охлаждается до требуемой низкой температуры. Этот воздух, обработанный в кондиционерах, в виде охлажденного свежего воздуха обычно поступает в бортовой смеситель, где он смешивается с рециркуляционным воздухом, который всасывается из пассажирского салона. В заключение смешанный воздух, полученный в смесителе из холодного свежего воздуха, обработанного в кондиционерах, и рециркуляционного воздуха, который всасывается из пассажирского салона воздушного судна, используется для кондиционирования воздуха в различных климатических зонах воздушного судна.
Для того чтобы предотвратить скопление влаги внутри воздушного судна, а также обледенение воздухопроводящих трубопроводов установки кондиционирования воздуха воздушного судна во время выполнения полетов, в свежем воздухе, подаваемом в смеситель установки кондиционирования воздуха воздушного судна, не допускается превышение определенного содержания влаги. Поскольку при снижении температуры воздуха уменьшается также влагопоглощающая способность воздуха, благодаря охлаждению воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки, и/или охлаждению воздуха из окружающей среды в кондиционерах установки кондиционирования воздуха воздушного судна или внешней системы кондиционирования воздуха, обеспечивается осушение этого воздуха. Однако в особенности при наземной эксплуатации воздушного судна в теплой и влажной окружающей среде часто требуется очень сильное охлаждение воздуха, который подводится из окружающей среды в установку кондиционирования воздуха воздушного судна или во внешнюю систему кондиционирования воздуха, для того, чтобы обеспечить достаточное осушение воздуха. Это приводит к тому, что кондиционеры установки кондиционирования воздуха воздушного судна или внешней системы кондиционирования воздуха должны генерировать очень высокую мощность охлаждения, вследствие чего происходит высокое потребление первичной энергии установкой кондиционирования воздуха воздушного судна или внешней системой кондиционирования воздуха.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является обеспечение установки кондиционирования воздуха, пригодной для кондиционирования воздуха воздушного судна, а также способ эксплуатации такой установки кондиционирования воздуха, которые позволяют производить энергоэффективное осушение свежего воздуха, поступающего от установки кондиционирования воздуха. Кроме того, задачей изобретения является обеспечение воздушного судна, оснащенного такой установкой кондиционирования воздуха, способа эксплуатации такого воздушного судна, а также внешней системы кондиционирования воздуха, оснащенной такой установкой кондиционирования воздуха и пригодной для кондиционирования воздуха на воздушном судне.
Эта задача решена при помощи установки кондиционирования воздуха с признаками пункта 1 формулы изобретения, способа эксплуатации установки кондиционирования воздуха с признаками пункта 5 формулы изобретения, воздушного судна с признаками пункта 9 формулы изобретения, способа эксплуатации воздушного судна с признаками пункта 12 формулы изобретения, а также внешней системы кондиционирования воздуха.
Установка кондиционирования воздуха согласно изобретению, которая может быть установлена на борту воздушного судна или встроена во внешнюю систему кондиционирования воздуха, пригодную для кондиционирования воздуха на воздушном судне при наземной эксплуатации воздушного судна, содержит трубопровод для свежего воздуха, который соединен с воздухозаборником свежего воздуха для подвода свежего воздуха в установку кондиционирования воздуха. Трубопровод для свежего воздуха установки кондиционирования воздуха согласно изобретению предпочтительно представляет собой трубопровод для воздуха из окружающей среды, который служит для того, чтобы подводить воздух из окружающей среды в установку кондиционирования воздуха. Однако, если установка кондиционирования воздуха по меньшей мере частично встроена в систему воздушного судна, по трубопроводу для свежего воздуха может также проходить воздух, который поступает от внешней системы кондиционирования воздуха или отбирается от компрессора двигательной установки или от компрессора вспомогательной двигательной установки воздушного судна. Свежий воздух, проходящий по трубопроводу для свежего воздуха, может также в зависимости от режима работы установки кондиционирования воздуха подаваться в кондиционеры, или смеситель установки кондиционирования воздуха, или непосредственно в область воздушного судна, где производится кондиционирование воздуха, например в пассажирский салон или в область грузового отсека.
В трубопроводе для свежего воздуха установки кондиционирования воздуха согласно изобретению установлено сорбционное устройство, которое содержит сорбционную среду для поглощения влаги из свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха. Иными словами, установка кондиционирования воздуха согласно изобретению содержит осушающее устройство, которое выполнено в виде сорбционного устройства и которое служит для того, чтобы обеспечить достаточно низкую влажность свежего воздуха, подводимого в установку кондиционирования воздуха по трубопроводу для свежего воздуха. Сорбционное устройство установки кондиционирования воздуха согласно изобретению может быть установлено на борту воздушного судна, т.е. выполнено в виде бортового компонента. Однако альтернативно этому сорбционное устройство может представлять собой компонент, который не зафиксирован на борту воздушного судна, но только при необходимости, например, при наземной эксплуатации воздушного судна, может соединяться с трубопроводом для свежего воздуха бортовой установки кондиционирования воздуха. Иными словами, сорбционное устройство может быть также выполнено в виде компонента наземной системы обеспечения воздушного судна и предусмотрено только для временного соединения с бортовой установкой кондиционирования воздуха.
Сорбционное устройство установки кондиционирования воздуха согласно изобретению предпочтительно выполнено в виде адсорбционного устройства, которое содержит соответствующую адсорбционную среду. Когда влажный воздух проходит через адсорбционное устройство, т.е. через адсорбционную среду, содержащуюся в адсорбционном устройстве, влага, содержащаяся в воздухе, осаждается на поверхности адсорбционной среды. Таким образом, адсорбционное устройство осушает проходящий свежий воздух. Адсорбционная среда предпочтительно представляет собой мелкопористый материал, например активированный уголь, цеолит, силикагель или т.п.
Достоинство установки кондиционирования воздуха согласно изобретению заключается в том, что свежий воздух, подаваемый в установку кондиционирования воздуха, не требуется осушать путем его охлаждения в кондиционерах установки кондиционирования воздуха. Благодаря этому в особенности при работе установки кондиционирования воздуха в теплой и влажной окружающей среде можно значительно уменьшить мощность охлаждения, которую генерируют кондиционеры установки кондиционирования воздуха. Поэтому установку кондиционирования воздуха согласно изобретению можно эксплуатировать энергетически особенно эффективно.
Сорбционное устройство можно установить таким образом, чтобы обеспечить термическую связь с источником теплоты. Благодаря термической связи с источником теплоты к сорбционной среде, содержащейся в сорбционном устройстве, можно подводить тепловую энергию для регенерации или для поддержания регенерации, т.е. для десорбции молекул воды, осажденных на поверхности сорбционной среды. В качестве источника теплоты можно использовать отдельное нагревательное устройство. Если сорбционное устройство установлено на борту воздушного судна, предпочтительно использовать источник теплоты, который так или иначе имеется на борту воздушного судна и предпочтительно, по меньшей мере, во время выполнения полетов воздушного судна вырабатывает теплоту. Так, например, в качестве источника теплоты можно использовать тепловыделяющий компонент установки кондиционирования воздуха воздушного судна, гидравлической системы воздушного судна или электронной системы воздушного судна.
Предпочтительно обеспечить избирательную термическую связь сорбционного устройства с источником теплоты. Такую связь можно реализовать при помощи соответствующего устройства управления тепловым потоком, например, при помощи соответствующего клапана или т.п. При этом тепловую энергию можно временно подводить к влагопоглощающему устройству или к сорбционной среде, содержащейся в сорбционном устройстве, когда необходимо регенерировать сорбционную среду, содержащуюся в сорбционном устройстве. И наоборот, когда через сорбционное устройство проходит свежий воздух, т.е. в режиме осушения, сорбционное устройство можно отсоединять от источника теплоты для того, чтобы не препятствовать проведению осушения сорбционным устройством. Временный подвод тепловой энергии к бортовому влагопоглощающему устройству возможен также тогда, когда источник теплоты генерирует тепловую энергию только во время выполнения полетов, но не при наземной эксплуатации воздушного судна. Тогда фазы выполнения полетов воздушного судна можно использовать для регенерации сорбционной среды, содержащейся в сорбционном устройстве, в то время как при наземной эксплуатации воздушного судна сорбционное устройство может работать в режиме осушения.
При прохождении через сорбционное устройство свежий воздух нагревается энергией сорбции, которая высвобождается при осаждении влаги из воздуха на сорбционную среду, содержащуюся в сорбционном устройстве. Поэтому в трубопроводе для свежего воздуха установки кондиционирования воздуха согласно изобретению предпочтительно установлен воздушный холодильник. Этот воздушный холодильник предпочтительно расположен ниже сорбционного устройства по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха. В воздушном холодильнике, расположенном в трубопроводе для свежего воздуха ниже сорбционного устройства по направлению потока, свежий воздух, нагретый при прохождении через сорбционное устройство, может быть снова охлажден до требуемой низкой температуры. Воздушный холодильник может быть выполнен, например, в виде теплообменника, в котором нагретый свежий воздух, выходящий из сорбционного устройства, вступает в контакт со сравнительно более холодным воздухом из окружающей среды или с холодным воздухом, который поступает от другого источника холодного воздуха.
Кроме того, установка кондиционирования воздуха согласно изобретению может содержать обводной трубопровод для свежего воздуха, который соединяется с другим воздухозаборником свежего воздуха для подвода свежего воздуха в установку кондиционирования воздуха. Обводной трубопровод для свежего воздуха может соединяться с трубопроводом для свежего воздуха ниже сорбционного устройства по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха. Выполненную таким образом установку кондиционирования воздуха можно обеспечивать свежим воздухом по трубопроводу для свежего воздуха, например, в теплой и влажной окружающей среде. И, наоборот, в условиях холодной и сухой окружающей среды и/или во время выполнения полета воздушного судна установку кондиционирования воздуха можно снабжать по обводному трубопроводу для свежего воздуха свежим воздухом, который не нужно пропускать через сорбционное устройство для осушения. Кроме того, можно пропускать через сорбционное устройство только часть свежего воздуха, подаваемого в установку кондиционирования воздуха, и осушать там, а другую часть свежего воздуха, подаваемого в установку кондиционирования воздуха, подводить по обводному трубопроводу для свежего воздуха мимо сорбционного устройства и в неосушенном состоянии подавать в установку кондиционирования воздуха. Это обеспечивает особенно гибкую регулировку содержания влаги в свежем воздухе, подаваемом в установку кондиционирования воздуха.
Управление потоком свежего воздуха из обводного трубопровода для свежего воздуха и/или участка трубопровода для свежего воздуха, расположенного выше соединения обводного трубопровода для свежего воздуха с трубопроводом для свежего воздуха по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха, в участок трубопровода для свежего воздуха, расположенный ниже соединения обводного трубопровода для свежего воздуха с трубопроводом для свежего воздуха по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха, можно осуществлять при помощи соответствующего клапана. Так, например, здесь можно использовать трехходовой клапан, установленный в трубопроводе для свежего воздуха в области соединения обводного трубопровода для свежего воздуха с трубопроводом для свежего воздуха.
В трубопроводе для свежего воздуха может быть установлено подающее устройство для подачи свежего воздуха по трубопроводу для свежего воздуха. В качестве подающего устройства можно использовать, например, вентиляторный агрегат или компрессор. Подающее устройство предпочтительно установлено в трубопроводе для свежего воздуха ниже сорбционного устройства по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха. Если в установке кондиционирования воздуха согласно изобретению предусмотрен обводной трубопровод для свежего воздуха, соединяющийся с трубопроводом для свежего воздуха, подающее устройство предпочтительно установлено в трубопроводе для свежего воздуха ниже соединения обводного трубопровода для свежего воздуха с трубопроводом для свежего воздуха по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха, для того, чтобы в зависимости от режима работы установки кондиционирования воздуха иметь возможность подавать свежий воздух по трубопроводу для свежего воздуха и/или по обводному трубопроводу для свежего воздуха. В способе эксплуатации установки кондиционирования воздуха согласно изобретению свежий воздух поступает по трубопроводу для свежего воздуха, соединенному с воздухозаборником свежего воздуха. Свежий воздух, подводимый по трубопроводу для свежего воздуха, предпочтительно представляет собой воздух из окружающей среды. Влага, содержащаяся в свежем воздухе, который проходит по трубопроводу для свежего воздуха, захватывается сорбционной средой, которая находится в сорбционном устройстве, установленном в трубопроводе для свежего воздуха. Иными словами, в способе эксплуатации установки кондиционирования воздуха согласно изобретению свежий воздух, подводимый к установке кондиционирования воздуха, осушается во влагопоглощающем устройстве, выполненном в виде сорбционного устройства.
Альтернативно или дополнительно к этому сорбционное устройство также может иметь термическую связь с источником теплоты для того, чтобы подводить тепловую энергию для регенерации сорбционной среды, содержащейся в сорбционном устройстве.
Свежий воздух, проходящий по трубопроводу для свежего воздуха, предпочтительно охлаждается в воздушном холодильнике, установленном в трубопроводе для свежего воздуха ниже сорбционного устройства по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха.
В предпочтительном варианте осуществления способа эксплуатации установки кондиционирования воздуха согласно изобретению, например, во время выполнения полетов воздушного судна или в условиях холодной и сухой окружающей среды свежий воздух подается по обводному трубопроводу для свежего воздуха, соединенному с другим воздухозаборником свежего воздуха. Этот свежий воздух подводится в трубопровод для свежего воздуха ниже сорбционного устройства по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха, и, таким образом, подается в установку кондиционирования воздуха, минуя сорбционное устройство.
Свежий воздух подается по трубопроводу для свежего воздуха предпочтительно при помощи подающего устройства, установленного в трубопроводе для свежего воздуха. В том случае, если установка кондиционирования воздуха, установлена на борту воздушного судна, такой режим работы является особенно целесообразным при наземной эксплуатации воздушного судна, когда двигательные установки выключены.
Воздушное судно согласно изобретению оснащено вышеописанной установкой кондиционирования воздуха, при этом сорбционное устройство установки кондиционирования воздуха может быть либо также установлено на борту воздушного судна, либо выполнено в виде компонента, который лишь временно, например, при наземной эксплуатации воздушного судна, может соединяться с установкой кондиционирования воздуха.
На воздушном судне согласно изобретению сорбционное устройство установки кондиционирования воздуха предпочтительно устанавливается в той области, где не создается повышенное давление, т.е. в области воздушного судна, где во время выполнения полетов воздушного судна установка кондиционирования воздуха или система регулирования давления установки кондиционирования воздуха не поддерживает повышенного давления по отношению к более низкому давлению окружающей среды. Кроме того, сорбционное устройство установки кондиционирования воздуха предпочтительно выполнено таким образом, чтобы сорбционный материал, содержащийся в сорбционном устройстве, для регенерации во время выполнения полетов воздушного судна находился под пониженным давлением окружающей среды по сравнению с атмосферным давлением на земле. Иными словами, сорбционное устройство установки кондиционирования воздуха предпочтительно выполнено таким образом, чтобы во время выполнения полетов воздушного судна было возможным беспрепятственное выравнивание давления между сорбционным устройством и окружающей его областью воздушного судна, в которой отсутствует повышенное давление, или окружающей средой воздушного судна. Благодаря этому сорбционная среда, содержащаяся в сорбционном устройстве, во время выполнения полетов воздушного судна находится под пониженным давлением окружающей среды. Так, например, на высоте полета примерно 39000 футов (около 11900 м) это давление окружающей среды составляет всего 0,2 бар. Пониженное давление окружающей среды во время выполнения полетов воздушного судна вызывает десорбцию молекул воды, осажденных на поверхности сорбционной среды, при этом сорбционная среда регенерируется, т.е. подготавливается к дальнейшему осаждению молекул воды. При этом сорбционная среда регенерируется без активного подвода дополнительной энергии регенерации, т.е. пассивно.
Кроме того, на воздушном судне согласно изобретению установка кондиционирования воздуха может содержать трубопровод для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки, который соединяется с компрессором двигательной установки или с компрессором вспомогательной двигательной установки воздушного судна. По трубопроводу для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки, в установку кондиционирования воздуха можно подводить нагретый воздух, отобранный от двигательной установки и находящийся под повышенным давлением. Трубопровод для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки, может соединяться с трубопроводом для свежего воздуха ниже сорбционного устройства по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха. При выполнении полетов воздушного судна или при наземной эксплуатации воздушного судна с работающими двигательными установками установка кондиционирования воздуха может снабжаться воздухом, отобранным от компрессора двигательной установки, по трубопроводу для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки, в то время как при наземной эксплуатации воздушного судна с выключенными двигательными установками снабжение установки кондиционирования воздуха свежим воздухом может быть обеспечено по трубопроводу для свежего воздуха. Установка кондиционирования воздуха альтернативно обводному трубопроводу может быть снабжена трубопроводом для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки. Однако установка кондиционирования воздуха может также одновременно содержать как обводной трубопровод для свежего воздуха, так и трубопровод для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки.
Для управления потоком воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки и проходящего по трубопроводу для воздуха, отобранного от двигательной установки, и/или для управления потоком свежего воздуха, проходящего по участку трубопровода для свежего воздуха, расположенному выше соединения трубопровода для воздуха, отобранного от двигательной установки, с трубопроводом для свежего воздуха, по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха, в участок трубопровода для свежего воздуха, расположенного ниже соединения трубопровода для воздуха, отобранного от двигательной установки, с трубопроводом для свежего воздуха, по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха, можно использовать соответствующий клапан. Так, например, можно использовать трехходовой клапан, который установлен в трубопроводе для свежего воздуха в области соединения трубопровода для воздуха, отобранного от двигательной установки, с трубопроводом для свежего воздуха.
Если установка кондиционирования воздуха снабжена обводным трубопроводом для свежего воздуха, который соединяется с трубопроводом для свежего воздуха, подающее устройство, как уже указано, устанавливается в трубопроводе для свежего воздуха предпочтительно ниже соединения обводного трубопровода с трубопроводом для свежего воздуха по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха, для того, чтобы в зависимости от режима работы установки кондиционирования воздуха подавать свежий воздух по трубопроводу для свежего воздуха и/или по обводному трубопроводу для свежего воздуха. И, напротив, если установка кондиционирования воздуха содержит только трубопровод для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки, соединяющийся с трубопроводом для свежего воздуха, подающее устройство может быть установлено в трубопроводе для свежего воздуха выше соединения трубопровода для воздуха, отобранного от двигательной установки, с трубопроводом для свежего воздуха по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха. Так, например, подающее устройство может быть расположено между сорбционным устройством и воздушным холодильником.
В способе эксплуатации воздушного судна согласно изобретению сорбционная среда, содержащаяся в бортовом сорбционном устройстве, предпочтительно регенерируется во время выполнения полетов воздушного судна, подвергаясь при этом воздействию давления окружающей среды, которое имеет место во время выполнения полетов воздушного судна в окружающей среде воздушного судна и в области воздушного судна, в которой не создается повышенное давление.
Кроме того, в способе эксплуатации воздушного судна согласно изобретению воздух, отобранный от компрессора двигательной установки, может направляться по трубопроводу для воздуха, отобранного от компрессора двигательной установки, соединенному с компрессором двигательной установки или с компрессором вспомогательной двигательной установки, и подаваться в трубопровод для свежего воздуха ниже сорбционного устройства по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу для свежего воздуха. Снабжение установки кондиционирования воздухом, отобранным от компрессора двигательной установки, осуществляется предпочтительно во время выполнения полетов воздушного судна или при наземной эксплуатации воздушного судна с включенной двигательной установкой.
Внешняя система кондиционирования воздуха, пригодная для кондиционирования воздуха воздушного судна согласно изобретению, может подключаться к воздушному судну и оснащена вышеописанной установкой кондиционирования воздуха. Сорбционное устройство установки кондиционирования воздуха может быть выполнено как неотъемлемая составная часть системы кондиционирования воздуха. Однако альтернативно этому сорбционное устройство может представлять собой компонент, который может лишь временно соединяться установкой кондиционирования воздуха, и который только по мере необходимости подключается к установке кондиционирования воздуха системы кондиционирования воздуха.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено более подробное описание предпочтительных примеров осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых представлены:
фигура 1 - первый вариант осуществления бортовой установки кондиционирования воздуха при наземной эксплуатации воздушного судна,
фигура 2 - установка кондиционирования воздуха с фигуры 1 во время выполнения полетов воздушного судна,
фигура 3 - второй вариант осуществления бортовой установки кондиционирования воздуха при наземной эксплуатации воздушного судна,
фигура 4 - установка кондиционирования воздуха с фигуры 3 во время выполнения полетов воздушного судна,
фигура 5 - третий вариант осуществления бортовой установки кондиционирования воздуха при наземной эксплуатации воздушного судна во влажных условиях окружающей среды,
фигура 6 - установка кондиционирования воздуха с фигуры 5 при наземной эксплуатации воздушного судна в сухих условиях окружающей среды,
фигура 7 - установка кондиционирования воздуха с фигуры 5 во время выполнения полетов воздушного судна, при этом установка кондиционирования воздуха снабжается воздухом, отобранным от компрессора двигательной установки, и
фигура 8 - установка кондиционирования воздуха с фигуры 5 во время выполнения полетов воздушного судна, при этом установка кондиционирования воздуха снабжается воздухом из окружающей среды.
Осуществление изобретения
Бортовая установка 10 кондиционирования воздуха на воздушном судне, показанная на фигурах 1 и 2, содержит трубопровод 12 для свежего воздуха, который соединяется с воздухозаборником 14 свежего воздуха, установленным в области наружной обшивки воздушного судна. Через воздухозаборник 14 свежего воздуха воздух из окружающей среды воздушного судна может поступать в трубопровод 12 для свежего воздуха. В зависимости от режима работы установки 10 кондиционирования воздуха свежий воздух, проходящий по трубопроводу 12 для свежего воздуха, может подводиться к кондиционерам, не показанным на чертежах, или к смесителю установки 10 кондиционирования воздуха или непосредственно подаваться в ту область воздушного судна, где осуществляется кондиционирование воздуха, например в пассажирский салон или грузовой отсек.
В трубопроводе 12 для свежего воздуха ниже воздухозаборника 14 свежего воздуха по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, установлено сорбционное устройство 16, выполненное в виде адсорбционного устройства. Сорбционное устройство 16 содержит сорбционную среду 18. В качестве сорбционной среды используется мелкопористый материал, например активированный уголь, цеолит, силикагель или т.п. Когда свежий воздух, поступающий через воздухозаборник 14 свежего воздуха в трубопровод 12 для свежего воздуха, проходит через сорбционное устройство 16, влага, содержащаяся в свежем воздухе, осаждается на поверхности сорбционной среды 18, содержащейся в сорбционном устройстве 16. Благодаря этому уменьшается содержание влаги в свежем воздухе, проходящем по трубопроводу 12 для свежего воздуха, поэтому свежий воздух, подводимый по трубопроводу 12 для свежего воздуха в установку 10 кондиционирования воздуха, не требует осушения путем соответствующего охлаждения в кондиционерах установки 10 кондиционирования воздуха. Это позволяет значительно уменьшить необходимую мощность охлаждения кондиционеров установки 10 кондиционирования воздуха.
В трубопроводе 12 для свежего воздуха ниже сорбционного устройства 16 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, установлен воздушный холодильник 20. Воздушный холодильник 20 выполнен в виде теплообменника, по которому проходит воздух из окружающей среды, подводимый в воздушный холодильник 20 по трубопроводу 22 для охлаждающего воздуха. Трубопровод 22 для охлаждающего воздуха содержит воздухозаборник 24 охлаждающего воздуха, установленный в области наружной обшивки воздушного судна.
Кроме того, установка 10 кондиционирования воздуха содержит обводной трубопровод 26 для свежего воздуха. Обводной трубопровод 26 для свежего воздуха снабжен дополнительным воздухозаборником 28 свежего воздуха, который установлен в области наружной обшивки воздушного судна, и входит ниже воздушного холодильника 20 и, следовательно, также ниже сорбционного устройства 16 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, в трубопровод 12 для свежего воздуха. В области соединения обводного трубопровода 26 для свежего воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха в трубопроводе 12 для свежего воздуха установлен трехходовой клапан 30. Если требуется, трехходовой клапан 30 может представлять собой управляемый клапан с изменяемым поперечным сечением потока и служит для управления подводом свежего воздуха из участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, или из обводного трубопровода 26 для свежего воздуха в участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный ниже клапана 30 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха.
И, наконец, в трубопроводе 12 для свежего воздуха установлено подающее устройство 32, выполненное в виде вентиляционной установки или компрессора. Подающее устройство расположено в трубопроводе 12 для свежего воздуха ниже клапана 30 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, и может всасывать свежий воздух, поступающий как через воздухозаборник 14 свежего воздуха и участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный выше клапана 30 по направлению потока, так и через другой воздухозаборник 28 свежего воздуха и обводной трубопровод 26 для свежего воздуха в участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный ниже клапана 30 по направлению потока, и подавать его, например, в кондиционеры установки 10 кондиционирования воздуха и/или в область воздушного судна, где производится кондиционирование воздуха.
Компоненты установки 10 кондиционирования воздуха, показанные на чертежах, расположены в области воздушного судна, в которой отсутствует повышенное давление, т.е. в такой области воздушного судна, где во время выполнения полетов воздушного судна не создается давление, повышенное по отношению к давлению окружающей среды. Иными словами, компоненты установки 10 кондиционирования воздуха, показанные на чертежах, установлены в области воздушного судна, давление в которой, по существу, соответствует давлению окружающей среды воздушного судна. Кроме того, сорбционное устройство 16 выполнено таким образом, что имеется постоянная возможность выравнивания давления между внутренней частью сорбционного устройства 16 и областью воздушного судна, окружающей сорбционное устройство 16. При этом сорбционная среда 18, содержащаяся в сорбционном устройстве 16, постоянно находится под таким же давлением, которое имеет место в области воздушного судна, где расположено сорбционное устройство 16. Поскольку в этой области воздушного судна во время выполнения полетов воздушного судна не поддерживается повышение давление по отношению к давлению окружающей среды, сорбционная среда во время выполнения полетов воздушного судна находится под соответствующим пониженным давлением, величина которого зависит от высоты полета воздушного судна.
Кроме того, сорбционное устройство 16 может иметь термическую связь с источником 34 теплоты. В качестве источника 34 теплоты может быть использовано специальное нагревательное устройство. Однако предпочтительно в качестве источника 34 теплоты используется источник теплоты, который при всех условиях имеется на борту воздушного судна и который выделяет тепловую энергию, в особенности во время выполнения полетов воздушного судна. Сорбционное устройство 16 может избирательно соединяться с источником 34 теплоты, при этом к сорбционному устройству 16 можно временно, т.е. в определенных рабочих ситуациях, подводить тепловую энергию от источника 34 теплоты.
Как показано на фигуре 1, при наземной эксплуатации воздушного судна свежий воздух при помощи подающего устройства 32 всасывается через воздухозаборник 14 свежего воздуха в трубопровод 12 для свежего воздуха. Свежий воздух, поступающий через воздухозаборник 14 свежего воздуха в трубопровод 12 для свежего воздуха, пропускается через сорбционное устройство 16 и при этом осушается. Вследствие теплоты адсорбции, которая выделяется при адсорбции воды, содержащейся в свежем воздухе, проходящем по трубопроводу 12 для свежего воздуха, сорбционной средой 18 сорбционного устройства 16, свежий воздух при прохождении через сорбционное устройство 16 нагревается. Для того чтобы снова охладить нагретый свежий воздух, выходящий из сорбционного устройства 16, до требуемой низкой температуры, свежий воздух после прохождения сорбционного устройства 16 пропускается через воздушный холодильник 20. В воздушном холодильнике 20 свежий воздух снова охлаждается до температуры воздуха из окружающей среды за счет холодильной энергии, которую отдает не кондиционированный воздух из окружающей среды, проходящий по трубопроводу 22 для охлаждающего воздуха.
Подвод свежего воздуха через воздухозаборник 28 свежего воздуха и обводной трубопровод 26 для свежего воздуха, напротив, заблокирован трехходовым клапаном 30. Режим работы установки 10 кондиционирования воздуха, показанный на фигуре 1, при котором весь поток свежего воздуха, проходящий по трубопроводу 12 для свежего воздуха в установку 10 кондиционирования воздуха, пропускается через сорбционное устройство 16 и при этом осушается, особенно рекомендуется в теплой и влажной окружающей среде.
В режиме выполнения полетов воздушного судна, показанном на фигуре 2, установка 10 кондиционирования воздуха, напротив, снабжается свежим воздухом исключительно через воздухозаборник 28 свежего воздуха и обводной трубопровод 26 для свежего воздуха. Для этой цели клапан 30 прерывает соединение между участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным выше клапана 30 по направлению потока, и участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным ниже клапана 30 по направлению потока, и, следовательно, с подающим устройством 32. При этом клапан 30 открывает соединение между обводным трубопроводом 26 для свежего воздуха и участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным ниже клапана 30 по направлению потока, и, следовательно, с подающим устройством 32.
Поскольку показанные на чертежах компоненты установки 10 кондиционирования воздуха расположены в области воздушного судна, где не создается повышенное давление, давление в этой области воздушного судна соответствует давлению окружающей среды, которое зависит от высоты полета. Так, например, на высоте полета примерно 39000 футов (около 11900 метров) давление окружающей среды воздушного судна и, следовательно, давление в области воздушного судна, где расположены показанные на чертежах компоненты установки 10 кондиционирования воздуха, составляет примерно 0,2 бар. Под действием низкого давления окружающей среды на сорбционную среду 18, содержащуюся в сорбционном устройстве 16, молекулы воды, осажденные на поверхности сорбционной среды 18, десорбируются с поверхности сорбционной среды 18 и могут быть отведены через воздухозаборник 14 свежего воздуха в окружающую среду воздушного судна. Таким образом, во время выполнения полетов воздушного судна возможна пассивная регенерация сорбционной среды 18, содержащейся в сорбционном устройстве 16. Если требуется, регенерацию сорбционной среды 18 можно поддержать подводом тепловой энергии от источника 34 теплоты. Это может быть предпочтительным при кратковременных полетах воздушного судна, поскольку дополнительный подвод тепловой энергии от источника 34 теплоты обеспечивает ускорение регенерации сорбционной среды 18. Таким образом, подвод тепловой энергии от источника 34 теплоты позволяет производить регенерацию сорбционной среды 18 даже в тех случаях, когда продолжительность полета является слишком малой для того, чтобы обеспечить чисто пассивную регенерацию сорбционной среды 18. В том случае, если сорбционную среду 18 невозможно пассивно регенерировать во время выполнения полетов воздушного судна, например, если сорбционная среда 18 нуждается в регенерации, когда воздушное судно эксплуатируется в наземных условиях, сорбционную среду 18 можно также регенерировать исключительно путем подвода тепловой энергии от источника 34 теплоты.
Также при наземной эксплуатации воздушного судна в условиях холодной и сухой окружающей среды в случае необходимости часть свежего воздуха, подаваемого в установку 10 кондиционирования воздуха, можно подводить в трубопровод 12 для свежего воздуха через воздухозаборник 28 свежего воздуха и обводной трубопровод 26 для свежего воздуха. И, наконец, в случае особенно сухой окружающей среды также при наземной эксплуатации воздушного судна можно осуществлять подвод свежего воздуха в трубопровод 12 для свежего воздуха исключительно через воздухозаборник 28 свежего воздуха и обводной трубопровод 26 для свежего воздуха.
Установка 10 кондиционирования воздуха, показанная на фигурах 3 и 4, отличается от установки, показанной на фигурах 1 и 2 тем, что установка 10 кондиционирования воздуха снабжена не обводным трубопроводом для свежего воздуха, а трубопроводом 36 для отбираемого воздуха. Трубопровод 36 для отбираемого воздуха соединен с компрессором 38 двигательной установки и входит в трубопровод 12 для свежего воздуха ниже воздушного холодильника 20 и, следовательно, также ниже сорбционного устройства 16 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха. Аналогично конструкции, показанной на фигурах 1 и 2, трехходовой клапан 30, расположенный в области соединения трубопровода 36 для отбираемого воздуха, с трубопроводом 12 для свежего воздуха, служит для управления подводом воздуха из участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, или из трубопровода 36 для отбираемого воздуха, в участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный ниже клапана 30 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха.
В установке 10 кондиционирования воздуха, показанной на фигурах 3 и 4, подающее устройство 32 требуется только для подачи свежего воздуха через воздухозаборник 14 свежего воздуха в трубопровод 12 для свежего воздуха, поэтому оно расположено в трубопроводе для свежего воздуха между сорбционным устройством 16 и воздушным холодильником 20. Однако альтернативно этому подающее устройство 32 может быть также расположено в трубопроводе 12 для свежего воздуха между воздушным холодильником 20 и клапаном 30.
При наземной эксплуатации воздушного судна, в частности, при выключенных двигательных установках воздух из окружающей среды при помощи подающего устройства 32 всасывается в трубопровод 12 для свежего воздуха через воздухозаборник 14 свежего воздуха. При похождении через сорбционное устройство 16 этот воздух осушается. Воздушный холодильник 20 служит для охлаждения свежего воздуха, нагретого в результате прохождения через сорбционное устройство 16, при этом в качестве источника холодильной энергии используется воздух из окружающей среды, поступающий через воздухозаборник 24 охлаждающего воздуха в трубопровод 22 для охлаждающего воздуха. Клапан 30 находится в позиции, прерывающей соединение трубопровода 36 для отбираемого воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха.
При выполнении полетов воздушного судна установка 10 кондиционирования воздуха, напротив, снабжается воздухом, подводимым по трубопроводу 36 для отбираемого воздуха. Клапан 30 прерывает соединение участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30 по направлению потока с участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным ниже клапана 30 по направлению потока. Как описано выше для фигур 1 и 2, низкое давление окружающей среды, действующее на сорбционную среду 18 сорбционного устройства 16, вызывает десорбцию молекул воды, осажденных на поверхности сорбционной среды 18, и тем самым пассивную регенерацию сорбционной среды 18. Вода, десорбированная с поверхности сорбционной среды 18, может быть выведена в окружающую среду воздушного судна через воздухозаборник 14 свежего воздуха. Если требуется, регенерацию сорбционной среды 18 можно поддержать подводом тепловой энергии от источника 34 теплоты. Кроме того, при необходимости, как и для установки, показанной на фигурах 1 и 2, возможна регенерация сорбционной среды 18 исключительно при помощи подвода тепловой энергии от источника 34 теплоты.
При наземной эксплуатации воздушного судна с включенными двигательными установками клапан 30 можно установить в положение, в котором он обеспечивает подвод как свежего воздуха по участку трубопровода для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30 по направлению потока, так и воздуха, отобранного от двигательной установки, по трубопроводу 36 для отбираемого воздуха, в участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный ниже клапана 30 по направлению потока. И, наконец, при наземной эксплуатации воздушного судна с включенными двигательными установками возможен также режим работы установки 10 кондиционирования воздуха, в котором клапан 30 прерывает соединение участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30 по направлению потока, с участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным ниже клапана 30 по направлению потока, а подвод воздуха в участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный ниже клапана 30 по направлению потока, осуществляется исключительно по трубопроводу 36 для отбираемого воздуха.
В остальном конструкция и принцип действия установки 10 кондиционирования воздуха, показанной на фигурах 3 и 4, соответствует конструкции и принципу действия установки, показанной на фигурах 1 и 2.
Установка 10 кондиционирования воздуха, показанная на фигурах 5-8, отличается от установки, показанной на фигурах 3 и 4, тем, что установка 10 кондиционирования воздуха наряду с трубопроводом 36 для отбираемого воздуха, снабжена также обводным трубопроводом 26 для свежего воздуха. Трубопровод 36 для отбираемого воздуха также соединен с компрессором 38 двигательной установки и входит в трубопровод 12 для свежего воздуха ниже воздушного холодильника 20 и, следовательно, также ниже сорбционного устройства 16 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха. Аналогично установке, показанной на фигурах 3 и 4, трехходовой клапан 30а, установленный в области соединения трубопровода 36 для отбираемого воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха, служит для управления поводом воздуха из участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30а по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, или из трубопровода 36 для отбираемого воздуха в участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный ниже клапана 30 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха.
Обводной трубопровод 26 для свежего воздуха снабжен воздухозаборником 28 свежего воздуха, расположенным в области наружной обшивки воздушного судна, и соединяется с трубопроводом 12 для свежего воздуха ниже воздушного холодильника 20 и, следовательно, также ниже сорбционного устройства 16, но выше подающего устройства 32 по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха. В области соединения обводного трубопровода 26 для свежего воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха в трубопроводе 12 для свежего воздуха установлен трехходовой клапан 30b, который служит для управления подводом свежего воздуха из участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30b по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, или из обводного трубопровода 26 для свежего воздуха в участок трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенный ниже клапана 30b по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха.
При наземной эксплуатации воздушного судна с выключенными двигательными установками и при влажной окружающей среде воздух из окружающей среды при помощи подающего устройства 32 всасывается через воздухозаборник 14 свежего воздуха в трубопровод 12 для свежего воздуха, как показано на фигуре 5. При прохождении через сорбционное устройство 16 воздух осушается. Воздушный холодильник 20 также служит для охлаждения свежего воздуха, который нагревается при прохождении через сорбционное устройство 16, при этом в качестве источника холодильной энергии также используется воздух из окружающей среды, поступающий через воздухозаборник 24 охлаждающего воздуха в трубопровод 22 для охлаждающего воздуха. Клапаны 30а, 30b находятся в позициях, которые прерывают соединения трубопровода 36 для отбираемого воздуха и обводного трубопровода 26 для свежего воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха.
При наземной эксплуатации воздушного судна с выключенными двигательными установками, но при сухой окружающей среде подающее устройство 32 всасывает воздух из окружающей среды через воздухозаборник 28 и обводной трубопровод 26 для свежего воздуха в трубопровод 12 для свежего воздуха, как показано на фигуре 6. Клапан 30b соединяет обводной трубопровод 26 для свежего воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха и прерывает соединение участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30b по направлению потока свежего воздуха, проходящего по трубопроводу 12 для свежего воздуха, с участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным ниже клапана 30b по направлению потока. Клапан 30а, наоборот, находится в позиции, которая прерывает соединение трубопровода 36 для отбираемого воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха.
При выполнении полетов воздушного судна установка 10 кондиционирования воздуха может снабжаться воздухом либо по трубопроводу 36 для отбираемого воздуха (см. фигуру 7), либо по обводному трубопроводу 26 для свежего воздуха (см. фигуру 8). Если в установку 10 кондиционирования воздуха по трубопроводу 36 для отбираемого воздуха подводится воздух, отобранный от компрессора двигательной установки, клапан 30а соединяет трубопровод 36 для отбираемого воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха, но прерывает соединение участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30а по направлению потока, с участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным ниже клапана 30а по направлению потока. Если же в установку 10 кондиционирования воздуха по обводному трубопроводу 26 для свежего воздуха подводится воздух из окружающей среды, клапан 30b соединяет обводной трубопровод 26 для свежего воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха, но прерывает соединение участка трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенного выше клапана 30b по направлению потока, с участком трубопровода 12 для свежего воздуха, расположенным ниже клапана 30b по направлению потока. Клапан 30а находится в позиции, в которой он прерывает соединение трубопровода 36 для отбираемого воздуха с трубопроводом 12 для свежего воздуха.
Как уже описано применительно к фигурам 1-4, во время выполнения полетов воздушного судна вследствие того, что на сорбционную среду 18 сорбционного устройства 16 действует низкое давление окружающей среды, происходит десорбция молекул воды, осажденных на поверхности сорбционной среды 18, и, таким образом, осуществляется пассивная регенерация сорбционной среды 18. Вода, десорбированная с поверхности сорбционной среды 18, может быть выведена в окружающую среду воздушного судна через воздухозаборник 14 свежего воздуха. Если требуется, регенерацию сорбционной среды 18 можно поддержать подводом тепловой энергии от источника 34 теплоты. Кроме того, в случае необходимости, как и для установки, показанной на фигурах 1-4, регенерацию сорбционной среды 18 можно осуществлять исключительно за счет подвода тепловой энергии от источника 34 теплоты.
В остальном конструкция и принцип действия установки 10 кондиционирования воздуха, показанной на фигурах 5-8, соответствует конструкции и принципу действия установки, показанной на фигурах 3 и 4.
Установка 10 кондиционирования воздуха, показанная на фигурах 1-8, является бортовой установкой воздушного судна. Однако альтернативно этому установка 10 кондиционирования воздуха может быть также составной частью внешней системы кондиционирования воздуха, которая подключается к находящемуся на земле воздушному судну для того, чтобы обеспечить кондиционированным воздухом соответствующие области воздушного судна. В этом случае установка 10 кондиционирования воздуха может быть выполнена без трубопровода 36 для отбираемого воздуха. Альтернативно этому установка 10 кондиционирования воздуха может быть оснащена компрессором для получения сжатого воздуха, а вместо трубопровода 36 для отбираемого воздуха может быть предусмотрен трубопровод для сжатого воздуха, соединенный с компрессором.
Кроме того, на фигурах 1-8 показан вариант осуществления установки 10 кондиционирования воздуха, неотъемлемой частью которой является сорбционное устройство 16. Альтернативно этому сорбционное устройство 16 может быть выполнено в виде компонента, который может лишь временно соединяться с установкой 10 кондиционирования воздуха. Выполненное таким образом сорбционное устройство 16 может соединяться как с бортовой установкой 10 кондиционирования воздуха, так и с установкой 10 кондиционирования воздуха внешней системы кондиционирования воздуха.