Увлажнитель, предпочтительно для воздушных судов
Изобретение относится к обработке воздуха в воздушных судах. Увлажнитель (100) для воздушных судов содержит контур (15) рециркуляции, рециркуляционный вентилятор (4), помещенный в контур (15) рециркуляции, и контактную увлажнительную подушку (2), снабженную входом (8) и выходом (1). Контур (15) рециркуляции соединен с выходом (1) и входом (8) так, что часть воздуха рециркулирует через увлажнительную подушку (2) как воздух (3), подаваемый с выхода (1) обратно на вход (8), чтобы смешиваться там с новым неувлажненным воздухом (9) для образования воздушной смеси из неувлажненного воздуха (9) и рециркулируемого воздуха (3). В контур (15) рециркуляции помещен теплообменник (6), по которому проходит рециркулируемый воздух (3). Теплообменник (6) выполнен с возможностью сбора нагретого воздуха герметичного салона и нагрева рециркулируемого воздуха (3). Часть рециркулируемого воздуха (3) отводится из контура (15) рециркуляции для дальнейшей транспортировки потребителям. Достигается обеспечение более оптимальных значений влажности воздуха и температуры с использованием энергии более низкого потенциала. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к оборудованию для обработки воздуха, прежде всего для воздушных судов, которое устанавливается в герметичной зоне воздушного судна.
Уровень техники
Воздушное судно обычно функционирует в среде, в которой человек не может выжить. Требуется создание внутри воздушного судна среды, в которой человек может безопасно путешествовать на большой высоте, где давление иначе было бы слишком низким. На современных воздушных судах уровень давления в салоне теперь настолько высок, что нет нужды делать дальнейшие улучшения в отношении давления в салоне. Изобретение относится к рассмотрению других факторов, которые делают среду на воздушном судне тяжелой. Состояние пассажиров часто ухудшается из-за других, менее пригодных для людей, условий в салоне, среди которых давно известны проблемы очень низкой влажности воздуха. Среди прочего, раздражаются глаза и кожа, открытые слизистые оболочки тела высыхают с большей скоростью, что может породить множество проблем и может заметно ухудшить состояние здоровья. Человек просто не испытывает такое же хорошее состояние во время и после полета, как на земле. В дополнение к сухой зудящей коже и раздраженным глазам с ощущением песка в них, низкая влажность воздуха приводит к снижению способности защиты от бактерий и вирусов.
У человека существует естественная защита от инфекций в слизистых оболочках носа. В слизистых оболочках имеются антитела, которые противодействуют вирусам, бактериям, спорам и аллергенам, и не дают им проникнуть к ткани под слизистой оболочкой, а значит, и в тело. В слизистой оболочке имеется также так называемый мукоцилиарный клиренс. Он состоит из ресничек, которые с помощью моторного белка динеина приводятся в движение биения, так что слизистая оболочка, которая непрерывно захватывает инфекционные агенты и другие загрязняющие вещества, выводится из носа и горла в брюшную полость, где они разрушаются кислотами в желудке. Однако, когда воздух сухой, слизь высыхает, и защита от инфекций тем самым становится ослабленной, слизь становится слишком густой, чтобы эффективно перемещаться с помощью ресничек, и было экспериментально показано, что мукоцилиарный клиренс, помимо значительного замедления, может полностью прекратиться в сухом воздухе (Barry et al., 1997, Salah et al., 1988). Естественно, это нарушает защиту от инфекций и делает человека более восприимчивым к болезням. Большинство инфекций проникает в человека через слизистые оболочки, и поэтому хорошо работающие защитные механизмы в слизистых оболочках важны для противодействия инфекциям. Кроме того, слизистые оболочки и слезы глаза работают в качестве защиты для человека, и для оптимальной работы они требуют хорошей влажности. Здоровая слезная пленка имеет решающее значение для оптимального оптического качества, снабжения питательными веществами и для антибактериального защитного механизма глаза. Типичная относительная влажность в салонах воздушных судов для полетов более одного часа часто составляет менее 10% в течение большей части пути, но часто относительная влажность (RH) падает ниже 5% для более длительных полетов. Кроме того, более низкое давление в салоне воздушного судна на большой высоте усугубляет механизм обезвоживания, который воздействует на различные части тела. Исследования (Martin В. et al., 2004) продемонстрировали, что воздушное путешествие умножает частоту простудных заболеваний по сравнению с теми, кто не летает, что подразумевает то, что окружающая среда на воздушном судне и повышенная восприимчивость к патогенам могут быть чреваты последствиями для путешественника также через некоторое время после путешествия, с потерей работоспособности и ухудшением качества жизни при заболевании, а также для родственников и других людей, на которых может распространиться инфекция от зараженного пассажира.
Другими причинами ухудшенного здоровья во время путешествия воздушным транспортом является воздействие озона, других нежелательных газов и ненадлежащая температура в салоне. Как часто утверждается, озон, который является сильным окислителем, причиняет ряд неудобств, например, кашель, раздражение горла, боль, жжение или дискомфорт в груди при глубоком вздохе. Озон, как считается, также может вызвать чувство давления на грудную клетку, свистящее дыхание и затрудненное дыхание. Озон растворяется в воде, но его растворимость ограничена, и поэтому озон достигает находящихся наиболее глубоко внутренних частей легких и реагирует с их клетками со многими возможными последствиями для здоровья, например, озон вступает в реакцию с белками и липидами на поверхности клеток в эпитальной жидкости, толщиной всего 0,2 мкм в области альвеол, это может повредить клетки и привести к цепи реакций, которые, среди прочего, могут стать причиной воспаления, что, например, показано на веб-странице www.epa.gov/apti/ozonehealth, управляемой Федеральным агентством по охране окружающей среды в США.
Предшествующий уровень техники по вопросу снижения содержания озона включает в себя так называемые озоновые конвертеры, которые уменьшают содержание озона. Кроме того, известно, что озоновые конвертеры теряют свои свойства с течением времени и поэтому их необходимо заменять новыми или доведенными до нужной кондиции сменными устройствами. Кроме того, температура выпуска воздуха 400°С разлагает озон, но не является надежной из-за того, что такие температуры не всегда достижимы. Что касается вышеупомянутых нежелательных газов, можно упомянуть ЛОС (летучие органические соединения) и ПЛОС (полулетучие органические соединения). В воздухе салона изредка регистрируются газы, которые являются более или менее токсичными, например, трикрезилфосфат и другие маслянистые загрязняющие вещества, а также их пиролизные остатки. Присутствие этих газов воздействует на человека по-разному, и в худшем случае люди могут заболевать от них. Предложены фильтры для системы вентиляции, которые удаляли бы нежелательные газы, но таковые не внедрены на современных воздушных судах. Никакие фильтры, расположенные в начале вентиляционной цепи, не удаляют загрязняющие вещества, возникающие далее в вентиляционной цепи вплоть до пассажира, и загрязняющие вещества, возникающие, когда воздух приводится в движение в салоне, например при испарении химических веществ и пластмасс, или остаточные продукты озона, которые реагируют, например, с ЛОС, внутренними фитингами и маслами для кожи.
В связи с тем, что защита от инфекций снижается такой окружающей средой, имеется возможность, помимо прямого физического переноса, например через руки, получить инфекцию по воздуху, поскольку в салоне воздушного судна скученность людей высока, и воздух перемешивается в салоне и между людьми. Среди прочего, сообщалось об инфекциях в двух рядах сидений спереди и в двух рядах сзади от инфицированного человека. Заболеваниями, которые передаются по воздуху, являются, например, туберкулез, грипп, менингит, корь и тяжелый острый респираторный синдром (SARS, severe acute respiratory syndrome).
Для того чтобы решить проблему чрезвычайно низкой влажности на воздушных судах, предпринимались попытки с различными увлажняющими растворами, например с распылительными форсунками, вращающимися пластинами, которые распыляют воду на капли, кипением с образованием пара и адиабатическими контактными увлажнителями. Увлажнители, которые используют капли воды, передают минералы в воде, если нет доступа к деминерализованной воде, а капли также передают возможные инфекционные агенты в воде. Проблемой распылительных форсунок также является засорение отверстия форсунки, что является критическим для удовлетворительного испарения воды. Как существующие паровые увлажнители, так и контактные увлажнители считаются стерильными, поскольку они не передают в воздух инфекционные агенты или минералы, но поскольку они установлены для увлажнения зон всего салона, уровень влажности ограничен ориентировочно 20% относительной влажности воздуха (RH) из-за риска конденсации влаги в конструкциях воздушного судна, и, кроме того, для увлажнения всего пространства салона потребляются вода и много энергии.
В описании патента ЕР 0779207 (B64D 13/00) раскрыто устройство увлажнения для салона на воздушном транспортном средстве. Это устройство содержит распылители с распыляющими форсунками, установленными в спинках пассажирских кресел, на потолке или внутри багажных полок. Во всех вариантах осуществления, показанных в описании этого патента, вода подается в воздух салона путем распыления воды, извлеченной из какого-либо резервуара, подключенного к устройству.
Недостатком этого известного устройства является то, что оно выпускает в салон аэрозоли, которые работают в качестве носителей инфекционных агентов и минералов. Кроме того, при нормальном давлении в салоне увлажнение этим устройством от 5% относительной влажности при 24°С до содержания влаги, соответствующего 30% при 24°С, соответствует, например, падению температуры ориентировочно на 14°С, что приводит к холодному душу, даже если удастся испарить такое количество воды, потому что с помощью этого способа трудно испарить много воды. Ограниченное количество воды, которое может быть на практике поставлено таким образом, будет соответствовать более ограниченной относительной влажности, но падение температуры будет все равно составлять 2,5°С на грамм воды, подаваемой на килограмм воздуха, что также вскоре будет ощущаться как холод, и тем холоднее, тем больше воздуха удастся увлажнить таким образом. Эффект охлаждения в очень большой степени ограничивает то, насколько реально можно произвести увлажнение, используя способ, раскрытый в упомянутом патенте.
Цель изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение или значительное ослабление нескольких или всех упомянутых проблем.
Цель изобретения также заключается в том, чтобы создавать локальный климат с высокой влажностью воздуха и очищенным воздухом.
Цель также заключается в том, чтобы иметь возможность охлаждать и нагревать воздух по желанию.
Цель также заключается в том, чтобы иметь возможность использовать энергию низкого уровня из окружающей среды для получения экономически выгодного климатического решения.
Цель также заключается в том, чтобы иметь возможность использовать электричество для получения компактного простого устройства, имеющего небольшие внешние размеры.
Цель также заключается в том, чтобы иметь возможность использовать дополнительный источник энергии для того, чтобы добиться надлежащей подачи энергии в процессе увлажнения.
Кроме того, цель заключается в том, чтобы устройство в соответствии с изобретением было пригодно для использования для многих целевых групп.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, как оно изложено в независимых пунктах формулы изобретения, достигаются вышеупомянутые цели, и упомянутые недостатки устраняются. Подходящие варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение обеспечивает относительно высокую относительную влажность (RH) при корректной температуре. Вместо использования холодильной машины можно использовать сухой воздух и низкое давление в салоне, что приводит к очень сильному потенциалу охлаждения при адиабатическом увлажнении. Холод, получаемый при увлажнении, может быть получен за счет уменьшения потока горячего окружающего воздуха посредством теплообменника или за счет уменьшения подачи энергии в процесс увлажнения, когда используются другие источники тепла. Также целесообразно иметь возможность обеспечивать как охлаждение, так и нагревание. Обычно холод уменьшается с помощью пропускания горячего окружающего воздуха через теплообменник или посредством увеличения подачи энергии в процесс увлажнения другим способом, и в дополнении к вышеупомянутым способам дополнительное нагревание может быть обеспечено подачей энергии.
Настоящее изобретение может использовать контактные увлажнители и, следовательно, может считаться стерильным, оно имеет возможность увлажнения до гораздо более высоких уровней влажности, чем это возможно с помощью современной техники. Уровни, которые могут быть достигнуты, соответствуют летним средним значениям для Мехико (где ориентировочно такое же барометрическое давление, как и в салоне), что теоретически позволяет обеспечить комфорт, который соответствует нахождению на земле в местоположениях, соответствующих Мехико летом. Уменьшение конечной температуры может быть существенно ограничено без использования большого количества энергии высокого потенциала. Увлажнитель может достичь этих высоких уровней за счет использования энергии воздуха салона, которая является энергией низкого потенциала, или с помощью электрического нагрева для более компактного устройства, или с помощью другого опционального источника тепла. Увлажнение является только локальным, и потребление воды становится низким. Так как высокая влажность воздуха является только локальной, она не будет вызывать никаких проблем с конденсацией влаги в остальной части самолета, поскольку локальный влажный воздух впоследствии разбавляется остальной частью сухого вентиляционного воздуха воздушного судна. Охлаждающий эффект увлажнителя может также использоваться для индивидуального управления температурой с помощью охлаждения без холодильной машины, с оборудованием или без оборудования для повторного нагрева. В вариантах осуществления изобретения устройство снабжается интегрированным фильтром, предпочтительно НЕРА-фильтром (High Efficiency Particulate Arrestance - высокоэффективное удержание частиц, высокоэффективный воздушный фильтр), который вместе со способом подачи потока со сдвигом или подачи равномерного ламинарного потока погружает пассажира в очищенный влажный воздух, что предотвращает вторжение другого неочищенного и сухого воздуха. Воздух в указанном способе подачи имеет пониженную тенденцию к введению окружающего сухого и загрязненного воздуха в свою струю, что максимизирует влажность воздуха и чистоту воздуха, доходящего до пассажира. Кроме того, целью является оптимальный осторожный обдув, чтобы не сдувать тонкий более влажный микроклимат, который находится ближе всего к коже, что в противном случае может привести к обезвоживанию. Упомянутый НЕРА-фильтр для удаления частиц, бактерий и вирусов может быть предназначен также для экстенсивного удаления озона, и это вместе с устройством визуализированного ламинарного потока со сдвигом может создать локальную окружающую среду для пассажира, к тому же со значительно более низкой концентрацией озона. Упомянутый НЕРА-фильтр может также быть подготовлен для удаления газов и, вместе с визуализированным способом подачи, НЕРА-фильтр также может создать локальную окружающую среду для пассажира с гораздо меньшей концентрацией нежелательных газов. Кроме обычных пассажиров, изобретение может быть использовано, в качестве примеров, для создания идеального климата для пилотов, в зонах отдыха экипажа, а также в конкретных местах в VIP-самолетах. Изобретение также хорошо подходит для так называемых апартаментов с высокими стенами, в которых местное экранированное пространство идеально подходит для создания благоприятного климата с чистым влажным воздухом.
Изобретение относится к увлажнителю, предпочтительно для воздушных судов, включающему в себя увлажнительное устройство, выходной вентилятор, а также теплообменник и вентилятор теплообменника. В качестве альтернативы вместо теплообменника с вентилятором для теплообменника используется электрический нагреватель для создания более компактной конструкции. Увлажнительное устройство снабжено входом для смеси неувлажненного воздуха и рециркулируемого воздуха, а также выходом для упомянутой воздушной смеси. Рециркуляционный вентилятор помещен в контур рециркуляции между выходом и входом, чтобы часть воздушной смеси была рециркулирована обратно в увлажнительное устройство.
В одном варианте осуществления выходной вентилятор соединен с выходом, чтобы часть упомянутой воздушной смеси была передана потребителям воздуха, предпочтительно пассажирам на воздушном судне.
В одном варианте осуществления изобретения теплообменник, вентилятор теплообменника и рециркуляционный вентилятор помещены в контур рециркуляции для теплообмена между окружающим воздухом и рециркулируемым воздухом. В качестве альтернативы, вместо теплообменника с вентилятором теплообменника используется электрический нагреватель для более компактной конструкции.
В одном варианте осуществления изобретения выходной вентилятор размещается вне контура рециркуляции.
В одном варианте осуществления изобретения выходной вентилятор и рециркуляционный вентилятор образуют общий вентилятор.
В одном варианте осуществления система воздуховодов соединена с выходом увлажнителя, причем эта система воздуховодов образует контур рециркуляции и теплообменник, когда поверхность канала поглощает тепло из окружающей среды, канал поглощает тепловые нагрузки, которые часто присутствуют, например, в пространствах верхнего полусвода фюзеляжа воздушных судов, и передает тепло воздуху, который затем используется в процессе увлажнения.
В одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно устройство потребителя соединено с системой воздуховодов, чтобы воздушная смесь могла передаваться локально по меньшей мере одному потребителю воздуха или группе потребителей воздуха.
В одном варианте осуществления изобретения устройство обеспечения локального климата соединено по меньшей мере с одним устройством потребителя.
В одном варианте осуществления изобретения фильтр, предпочтительно НЕРА-фильтр, размещается в увлажнителе воздуха либо на входе увлажнителя воздуха для фильтрации всего неувлажненного воздуха, либо на выходе увлажнителя воздуха для фильтрации всего влажного воздуха.
Кроме того, изобретение относится к герметичному воздушному судну, которое ограничивает высокое давление в герметичном салоне от низкого давления снаружи воздушного судна в процессе полета. Воздушное судно имеет увлажнитель, описанный выше, который размещается в герметичной зоне.
В одном варианте осуществления изобретения система воздуховодов соединена с увлажнителем для распределения увлажненного воздуха, причем система воздуховодов находится в герметичной зоне. К системе воздуховодов подключено по меньшей мере одно устройство потребителя, к которому подключено по меньшей мере одно устройство обеспечения локального климата, при этом все упомянутые устройства размещены в герметичном салоне.
В одном варианте осуществления изобретения теплообменник увлажнителя соединен с герметичным салоном для использования нагретого воздуха в салоне для теплообменника.
Кроме того, изобретение относится к способу увлажнения, в котором неувлажненный воздух транспортируется на вход контактной увлажнительной подушки, где воздух увлажняется до более высокого уровня влажности, чтобы впоследствии, в качестве рециркулируемого влажного воздуха, транспортироваться в контур рециркуляции для повторной транспортировки к входу контактной увлажнительной подушки для повторения увлажнения, причем часть рециркулируемого влажного воздуха отводится из контура рециркуляции для дальнейшей транспортировки потребителю.
В одном варианте осуществления изобретения рециркулируемый влажный воздух транспортируется через теплообменник, расположенный в контуре рециркуляции, и в этом теплообменнике рециркулируемый влажный воздух нагревается. В качестве альтернативы используется электрический нагреватель вместо теплообменника для создания более компактной конструкции, например электрический нагреватель, нагреватель с положительным температурным коэффициентом (РТС), имеющий низкую точку Кюри, или другой дополнительный источник тепла.
В одном варианте осуществления изобретения нагретый воздух салона воздушного судна передается через теплообменник.
Варианты изобретения состоят в использовании электрического нагревателя, когда приемлемо потребление электроэнергии. Вариантом изобретения является создание увлажнителя с большими боковыми поверхностями, которые поглощают тепло. При использовании на воздушных судах централизованной подачи воздуха к креслам, так называемых патрубков индивидуальной системы вентиляции, весь этот воздух обрабатывается до его распределения в салоне. Традиционные патрубки системы вентиляции к тому же могут заменяться устройствами, которые со своим адаптированным потоком лучше изолируют окружающий воздух от нагретого воздуха. Отвод от этой увлажненной «магистрали» может быть использован в разных местах, где желателен обработанный таким образом воздух. В качестве альтернативы система воздуховодов для индивидуального воздушного потока может быть частью контура рециркуляции, который при этом работает как теплообменник в данном изобретении. Тогда эффективность теплообменника автоматически становится высокой, поскольку поверхность магистрали большая, а трубки обычно не изолированы. Теплообменные свойства магистрали также могут быть улучшены, поскольку магистраль в обоих случаях способствует удалению тепла из пространства над потолком воздушного судна, и даже если охлаждающий эффект не является постоянным, холод может уменьшить количество неисправностей, связанных с сильным нагревом, например, электроники. Контур, который может представлять собой магистраль с патрубками вентиляции, пересекает коробку, которая наряду с увлажнителем содержит вентилятор, приводящий в движение воздух в контуре и через увлажнитель. Такой вентилятор является энергосберегающим, так как скорость вращения вентилятора может быть адаптирована в соответствии с уровнем влажности в контуре. Например, если имеется несколько потребителей и/или большой обмен энергией между контуром и окружением, то уровень влажности возрастает, и вентилятор может в этом случае уменьшить рециркуляцию. При этом работа вентилятора и потребление воды становятся регулируемыми по потребности. Другой вентилятор, который снабжает систему воздухом снаружи, устроен так, чтобы поддерживать определенное давление в контуре, причем вентилятор работает в зависимости от того, сколько увлажненного воздуха извлекается из контура, что также способствует тому, что вентилятор способен работать регулируемым по потребности образом.
Краткое описание чертежей
Теперь изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах показаны только поясняющие эскизы, предназначенные для облегчения понимания изобретения.
Фиг. 1 представляет первый вариант осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет второй вариант осуществления изобретения.
Фиг. 3 представляет третий вариант осуществления изобретения.
Фиг. 4 представляет схематично процесс для обычного увлажнителя.
Фиг. 5 схематично представляет процесс в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 6 представляет поясняющий эскиз установки увлажнителя в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 7 схематически показано применение, в котором подача неувлажненного воздуха осуществляется нагнетательным вентилятором.
На фиг. 8 показан схематический чертеж увлажнителя, имеющего индивидуальные места размещения нагревателя/теплообменника с соответствующим вентилятором теплообменника или без него.
Описание изобретения
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления увлажнителя 100 рециркуляционного типа в соответствии с изобретением с высокой степенью увлажнения и с использованием энергии низкого уровня или другой энергии. Общее количество влажного воздуха, присутствующего на выходе 1, было пропущено и увлажнено в контактной увлажнительной подушке 2, которая пропитывается опциональным способом. Предпочтительно вода подается в увлажнитель из специально предназначенного для этого контейнера или из системы подачи пресной воды. Вода на контактную увлажнительную подушку 2 предпочтительно подается с помощью насоса, который создает циркуляцию воды из лотка, или вода подается непосредственно на контактную увлажнительную подушку 2 из емкости для воды или из системы подачи пресной воды, причем этот вариант осуществления не исключает и других способов подачи воды. Когда воздух проходит через контактную увлажнительную подушку 2, вода испаряется из контактной увлажнительной подушки 2, и температура воды и воздуха падает. Почти никакая энергия не подается в процесс в контактной увлажнительной подушке 2, и поэтому процесс является адиабатическим.
Часть общего количества влажного воздуха на выходе 1 отклоняется с помощью рециркуляционного вентилятора 4, когда воздух выходит из контактной увлажнительной подушки 2, и образует рециркулируемый влажный воздух 3. Остальная часть общего количества влажного воздуха продолжает движение в виде рециркулируемого влажного воздуха 5 к потребителю. Рециркулируемый влажный воздух 3 проходит теплообменник 6, который получает энергию из окружающего воздуха с помощью вентилятора 7 теплообменника, причем рециркулируемый влажный воздух 3 нагревается и возвращается на вход 8 в контактную увлажнительную подушку 2 и движется дальше в контактную увлажнительную подушку 2 вместе с новым неувлажненным воздухом 9, который заменяет рециркулируемый влажный воздух 5, поступающий потребителю. Таким образом, воздух, поступающий на вход 8 контактной увлажнительной подушки 2, представляет собой смесь нового неувлажненного воздуха 9 и ранее рециркулированного влажного воздуха 3. Как видно на чертеже, рециркуляционный вентилятор 4 размещается после теплообменника 6 в контуре 15 рециркуляции. Адаптируя эти потоки, а также размеры и производительность компонентов, можно обеспечить повышенные значения влажности воздуха и более высокие температуры с энергией низкого потенциала и низкими уровнями температуры, чем это делает возможным один проход без подачи тепла через контактную увлажнительную подушку 2. Теплообменник и вентилятор теплообменника могут быть заменены электрическим нагревателем для более компактной конструкции, например, так называемым нагревателем РТС, имеющим низкую температуру Кюри, что автоматически ограничивает чрезмерные температуры. Дополнительный источник тепла можно использовать для нагрева рециркулируемого воздуха.
Выходной вентилятор 11 помещается в конце цепи для подачи, через увлажнитель 12 подушки в контактной увлажнительной подушке 2, рециркулируемого воздуха 5 потребителям.
Как также показано на фиг. 1, фильтр 10 помещают первым в показанную цепь воздушного потока, при этом новый неувлажненный воздух 9 проходит через упомянутый фильтр 10. Все отделение озона, ЛОС (летучие органические соединения), частиц, вирусов и бактерий происходит в этом фильтре 10. Фильтр 10 может также быть размещен в конце цепи, т.е. до или после выходного вентилятора 11.
Если желательно использовать систему согласно фиг. 1 для индивидуального охлаждения, скорость вентилятора 7 теплообменника или мощность нагревателя может быть уменьшена, процесс становится более похожим на кривую, показанную на фиг. 4 ниже, низкое давление вместе с низкой влажностью воздуха в салоне при этом делает возможным очень сильное охлаждение воздуха. С помощью подогревателя температура также может быть индивидуально повышена. То есть, можно получить индивидуальное управление температурой в широком температурном диапазоне в одном и том же блоке без использования отдельной холодильной машины.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления изобретения. Этот вариант осуществления демонстрирует увлажнитель 200 рециркуляционного типа, который подает до некоторой степени нагретый воздух упомянутым потребителям. Конструкция рециркуляционного увлажнителя в соответствии с этим вариантом осуществления отличается от рециркуляционного увлажнителя, показанного на фиг. 1, тем, что выходной вентилятор 11 размещен после теплообменника 6, в то время как рециркуляционный вентилятор 4 помещен перед теплообменником 6. В других отношениях устройства сконструированы одинаково, и соответствующие цифровые обозначения относятся к обоим чертежам.
Новый неувлажненный воздух 9 транспортируется к входу 8 контактной увлажнительной подушки 2 и далее в контактную увлажнительную подушку 2 для увлажнения посредством увлажнителя 12 подушки. Общее количество влажного воздуха на выходе 2 контактной увлажнительной подушки 2 подается с помощью рециркуляционного вентилятора 4, который помещен перед теплообменником 6 в контуре 25 рециркуляции, обратно на вход 8 контактной увлажнительной подушки 2 через теплообменник 6, имеющий вентилятор 7 этого теплообменника. Для повторного входа рециркулируемого влажного воздуха 3 в контактную увлажнительную подушку 2 общее количество влажного воздуха на выходе 1 разделяют на рециркулируемый влажный воздух 3 и рециркулируемый влажный воздух 5, который далее подается потребителям с помощью выходного вентилятора 11.
Соответственно, как показано на фиг. 1, фильтр 10 может быть помещен первым в схему увлажнения, а в качестве альтернативы фильтр может быть помещен в конце схемы увлажнения аналогично тому, как это показано на фиг. 1. Кроме того, описание индивидуального охлаждения в соответствии с первым вариантом осуществления также применимо в отношении второго варианта осуществления. Альтернативные способы нагрева также применимы к этому варианту осуществления, например электрический нагреватель.
На фиг. 3 показан третий вариант осуществления увлажнителя 300 рециркуляционного типа в соответствии с изобретением, имеющий числовые обозначения, которые соответствуют ранее показанным вариантам осуществления. В этом третьем варианте осуществления показан комбинированный рециркуляционный вентилятор / выходной вентилятор 4, 11, который размещен для транспортировки общего количества влажного воздуха 1 непосредственно после контактной увлажнительной подушки 2. После прохождения через этот комбинированный вентилятор 4, 11 общее количество влажного воздуха на выходе 1 делится на рециркулируемый влажный воздух 5, который далее подается потребителям с помощью упомянутого комбинированного вентилятора 4, 11, и на рециркулируемый влажный воздух 3, который посредством упомянутого вентилятора далее подается в рециркуляционный контур 35. Комбинированный рециркуляционный вентилятор/выходной вентилятор 4, 11 также может быть размещен после теплообменника 6. Вариант осуществления на фиг. 3 основан на падении давления ниже по потоку от комбинированного рециркуляционного вентилятора/выходного вентилятора 4, 11 для создания движущей силы для потребителя 5, при этом падение давления может быть как фиксированным, так и переменным. Все варианты осуществления отличаются тем, что скорость вращения вентиляторов может варьироваться с целью изменения потоков для изменения охлаждающего эффекта, степени увлажнения и расхода потока 5 для потребителя.
На фиг. 4 показан пример диаграммы процесса, реализующего принцип нормального прямого увлажнения общего количества влажного воздуха, который проходит через контактную увлажнительную подушку и подается непосредственно потребителю без какой-либо подаваемой энергии в виде нагрева. Ось у указывает температуру воздуха, а ось х указывает содержание влаги в воздухе в г/кг сухого воздуха. Прямая наклонная линия показывает постоянное энергосодержание для процесса увлажнения при Т0=24°С и влагосодержании 1 г/кг воздуха при переходе к T1=9 С и содержанию влаги 7 г/кг, что соответствует самой низкой температуре воздуха из контактной увлажнительной подушки в этом примере в соответствии с диаграммой.
На фиг. 5 показан пример диаграммы процесса, реализующего принцип циркуляционного увлажнения при нагревании в теплообменнике в соответствии с настоящим изобретением. Цифры на диаграмме обозначают конечные точки линий.
Из точки 1 воздух увлажняется с такой же эффективностью до точки 2, воздух проходит через теплообменник и нагревается с сохранением содержания влаги до точки 3.
Воздух в точке 3 теперь смешивается с новым входящим воздухом (точка 1). Поскольку в этом примере циркулирующий воздух имеет в три раза больший поток, чем входящий воздух, это приведет к формированию воздушной смеси, которая определяется точкой 3, эта смесь на диаграмме соответствует точке 4, что видно из того, что точка 4 находится на 
расстояния между точками 1 и 3 от точки 3 и на 
расстояния от точки 1, что соответствует соотношению компонентов смеси или соотношениям потоков и темп. + содержанию влаги в потоках. На диаграмме на фиг. 5 приблизительные измерения могут быть выполнены с использованием линейки.
Точка 4, то есть смешанный воздух, теперь увлажняется, она увлажняется с той же эффективностью, что и выше, до точки 5, после чего она нагревается теплообменником до точки 6.
Воздух в точке 6 теперь должен смешиваться с новым входящим воздухом в соответствии с точкой 1. Поскольку количество циркулирующего воздуха по-прежнему имеет в три раза больший объем, чем входящий воздух, в этом примере смесь будет иметь в результате состав, который определяется точкой 6, что ведет в результате к смеси, которая на диаграмме соответствует точке 7. Используя линейку, можно видеть, что точка 7 также отстоит на от точки 6 и на от точки 1.
Воздух в соответствии с точкой 7, т.е. смешанный воздух, теперь увлажняется в увлажнителе с той же эффективностью, что и выше, до точки 8, после чего воздух нагревается теплообменником до точки 9, причем воздух в точке 9 смешивается с воздухом в точке 1 и превращается в воздушную смесь в соответствии с точкой 10.
Воздушная смесь в соответствии с точкой 10 увлажняется до точки 11 и затем нагревается до точки 12, после чего смешивается с входящим воздухом в соответствии с точкой 1 и приводит к воздушной смеси в соответствии с точкой 13.
Воздушная смесь в соответствии с точкой 13 увлажняется до точки 14, нагревается до точки 15, смешивается с входящим воздухом в соответствии с точкой 1 и приводит к воздушной смеси в соответствии с точкой 16.
Воздушная смесь в соответствии с точкой 16 увлажняется до точки 17, нагревается до точки 18, смешивается с входящим воздухом в соответствии с точкой 1 и приводит к воздушной смеси в соответствии с точкой 19. И так далее.
Окончательный равновесный результат сходится непосредственно справа от последней точки 21 на диаграмме, которая для ясности не была итерирована с помощью большего количества шагов. Итерация представляет собой способ установления и описания теоретической эффективности увлажнителя, в то время как реальная эффективность является эквивалентом тому, что процесс достиг равновесия энергетически, и воздух, поступающий в устройство в точке 1, выходит в виде воздушной смеси, имеющей некоторую температуру и некоторое содержание влаги, что на диаграмме соответствует местоположению непосредственно справа от точки 21.
Диаграмма в соответствии с фиг. 5 и, следовательно, эффективность увлажнителя выглядят по-разному в зависимости от следующего.
1. Входная влажность.
2. Входная температура.
3. Соотношение смешивания между потоком рециркуляции и новым входящим сухим воздухом (которые составили 1, 3 и 4 в описанных выше примерах).
4. Температура воздуха в окружающей среде, которая дает тепло теплообменнику.
5. Эффективность теплообменника.
6. Сколько атмосферного воздуха прогоняется через теплообменник.
7. Эффективность увлажнителя.
Когда используются другие источники тепла, процесс выглядит несколько иначе, при использовании, например, электрического нагревателя нагрев может быть более эффективным, так как точки 3, 6, 9-21 и т.д. могут быть перемещены выше и, следовательно, конечная влажность тоже может быть повышена при меньшем потоке рециркуляции.
Далее процесс получает дополнительное тепло от окружающей среды через окружающую поверхность, так как вода и воздух в устройстве холоднее, чем в окружающей среде.
Таким образом, диаграммы в соответствии с фиг. 4 и 5 показывают принципы прямого увлажнения и циркуляционного увлажнения с помощью теплообменника.
В тех случаях, когда не используются высокотемпературные источники, например электрический нагрев, принцип, показанный в соответствии с изобретением, по своей сути является надежным средством от переувлажнения и чрезмерных влажностей воздуха и риска образования конденсата и плесени в качестве следствия, он также по своей сути является защищенным от избыточных температур, так как использует теплообменник в качестве источника тепла. Это не обеспечивается, когда, например, электрический нагреватель используется для одного прохода без рециркуляции, что требует относительно высоких входных температур, чтобы иметь возможность достичь более высоких значений влажности воздуха, что может при естественных ошибках или ошибках обработки создавать слишком высокую температуру для подушки с чрезмерной влажностью в качестве следствия, или, при отсутствии воды, слишком высокую температуру для потребителя. Кроме того, электрический нагреватель требует расширенных защитных механизмов от перегрева. Однако, при использовании рециркуляции, нагреватель в потоке рециркуляции может давать более ограниченный нагрев воздуха для достижения высокой влажности воздуха, при этом вышеуказанные проблемы с нагревателем могут быть минимизированы, в частности, путем использования так называемого нагревателя РТС, имеющего низкую температуру Кюри, и частичное протекание потока через такой нагреватель с байпасом также дает надежное ограничение максимальной температуры воздуха.
На фиг. 6 схематически показано применение варианта осуществления в соответствии с изобретением, в котором увлажнитель 100 рециркуляционного типа установлен по центру воздушного судна 60 в герметичном пространстве 61. Это пространство может располагаться над потолком 62 или под полом в герметичной зоне. Для простоты рециркуляционный увлажнитель 100 показан только с выходным вентилятором 11, который транспортирует рециркулируемый влажный воздух 5 наружу потребителям F1, F2, ……, Fn. Из рециркуляционного увлажнителя 100 рециркулируемый влажный воздух подается через систему 64 воздуховодов в отдельные устройства D1, D2, ……, Dn потребителей, в которых устройства К1, К2, ……, Кn обеспечения локального климата могут быть индивидуально выбраны для использования соответствующим потребителем F1, F2, ……, Fn.
Альтернативный вариант осуществления в соответствии с фиг. 6 состоит в том, что отводят воздух из магистрали с помощью рукава вдоль боковой части салона, интегрируют этот рукав в кресло, а затем продувают воздух перед пассажиром. В качестве альтернативы, в каждой спинке кресла имеется отклоняемая форсунка, которая подает воздух на пассажира, находящегося сзади. В качестве альтернативы воздух, подают на пассажира или в пространство, в котором находится пассажир, с потолка или из другого подходящего положения с помощью адаптированной форсунки.
Преимуществом этого низкотемпературного процесса является то, что воздух не нужно нагревать до таких высоких температур. Вместо окружающего воздуха в качестве альтернативы можно установить низкотемпературный нагреватель, который может, например, состоять из элемента РТС, который поддерживает только 30-40 градусов максимально.
На фиг. 7 схематически показано применение, в котором подача неувлажненного воздуха осуществляется нагнетательным вентилятором. Теплообменник 6 увлажнителя состоит из вентиляционного канала 64, который возвращается к увлажнителю 100. Подача неувлажненного воздуха является регулируемой по потребности, когда давление сохраняется в распределительном канале 64, при более низком отведении у потребителей Dn и Kn требуется меньшая скорость вращения вентилятора для поддержания давления. Степень отведения в Dn и Kn также управляет потребностью в рециркуляции, которая при этом также может быть регулируемой по потребности.
На фиг. 8 показан схематический чертеж увлажнителя 400, имеющего индивидуальные места размещения нагревателя/теплообменника 6а, 6b, 6с, 6d, 6е с соответствующим вентилятором теплообменника или без него. Другие обозначения на чертеже соответствуют ранее использованным обозначениям, где новый неувлажненный воздух 9 проходит через фильтр 10 и далее на вход 8 увлажнительной подушки, а затем через контактную увлажнительную подушку 2 с ее увлажнителем 12 подушки. Увлажненный воздух выходит из увлажнителя 400 через выходной вентилятор 11. Подобным образом, как описано выше, организован контур 15 рециркуляции для рециркулируемого влажного воздуха 3 с помощью рециркуляционного вентилятора 4. Через выход для общего объема влажного воздуха 1 рециркулируемый влажный воздух 5 вытекает из увлажнителя с помощью выходного вентилятора 11. Как видно на чертеже, расположение теплообменника/нагревателя 5 в рамках изобретения может быть выполнено в ряде альтернативных позиций, которые обозначены а, b, с, d и е. Предпочтительно используется только одна из показанных позиций, тогда как комбинация нескольких теплообменников/нагревателей может быть выполнена в соответствии с показанными позициями.
В описании использовались следующие цифровые обозначения:
1: Выход для общего количества влажного воздуха
2: Контактная увлажнительная подушка
3: Рециркулируемый влажный воздух
4: Рециркуляционный вентилятор
5: Рециркулируемый влажный воздух
6: Теплообменник
7: Вентилятор теплообменника
8: Вход увлажнительной подушки
9: Новый неувлажненный воздух
10: Фильтр
11: Выходной вентилятор
12: Увлажнитель подушки
15, 25, 35: Контур рециркуляции
60: Воздушное судно
61: Герметичное пространство
62: Потолок
63: Герметичный салон
64: Система воздуховодов
Dn: Индивидуальные устройства потребителей
Fn: Потребители воздуха
Kn: Устройства обеспечения локального климата
Pl: Низкое давление
Ph: Более высокое давление, соответствующее нормальному давлению воздуха в салоне
100, 200, 300: Увлажнители рециркуляционного типа.
1. Увлажнитель (100, 200, 300) для воздушных судов, которые имеют герметичное пространство, содержащий контур (15, 25, 35) рециркуляции, рециркуляционный вентилятор (4), помещенный в контур (15, 25, 35) рециркуляции, и адиабатическое контактное увлажнительное устройство (2), снабженное входом (8) и выходом (1), а также источник тепла, при этом контур (15, 25, 35) рециркуляции соединен с выходом (1) и входом (8), так что часть воздуха рециркулирует через адиабатическое контактное увлажнительное устройство (2) как воздух (3), подаваемый с выхода (1) обратно на вход (8), чтобы смешиваться там с новым неувлажненным воздухом (9) для образования воздушной смеси (3, 9) из неувлажненного воздуха (9) и рециркулируемого воздуха (3), при этом источник тепла помещен в контур (15, 25, 35) рециркуляции и представляет собой теплообменник (6), по которому проходит рециркулируемый воздух (3), при этом упомянутый теплообменник (6) помещен в герметичное пространство (61) для сбора нагретого воздуха герметичного салона в теплообменник (6), при этом рециркулируемый воздух (3) нагревается упомянутым источником тепла, а адиабатическое контактное увлажнительное устройство (2) представляет собой контактную увлажнительную подушку (2), и часть рециркулируемого воздуха (3) отводится из контура (15, 25, 35) рециркуляции для дальнейшей транспортировки потребителям (F1, F2, ..... Fn).
2. Увлажнитель по п. 1, в котором циркуляционный вентилятор представляет собой рециркуляционный вентилятор (4), который помещен в контур (15, 25, 35) рециркуляции.
3. Увлажнитель по п. 1, в котором циркуляционный вентилятор состоит, с одной стороны, из рециркуляционного вентилятора (4), помещенного в контур (15, 25, 35) рециркуляции, а с другой стороны, выходного вентилятора (11), который соединен с выходом (1).
4. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором источник тепла снабжен вентилятором (7) теплообменника.
5. Увлажнитель по любому из предшествующих пунктов, в котором теплообменник (6), вентилятор (7) теплообменника и рециркуляционный вентилятор (4) помещены в контур (15, 25, 35) рециркуляции для осуществления теплообмена между воздухом салона и рециркулируемым воздухом (3).
6. Увлажнитель по любому из пп. 3-5, в котором выходной вентилятор (11) расположен вне контура (15, 25, 35) рециркуляции.
7. Увлажнитель по любому из пп. 3-6, в котором выходной вентилятор (11) и рециркуляционный вентилятор (4) образуют общий вентилятор.
8. Увлажнитель по любому из пп. 1-7, в котором с выходом увлажнителя соединена система (64) воздуховодов.
9. Увлажнитель по любому из пп. 1-8, в котором контур рециркуляции и теплообменник образованы системой (64) воздуховодов, которая поглощает тепло из окружающей среды.
10. Увлажнитель по п. 8 или 9, в котором с системой (64) воздуховодов соединено по меньшей мере одно устройство (D1, D2, ……. Dn) потребителя, так что воздушная смесь (3, 9) способна локально транспортироваться по меньшей мере к одному потребителю (F1, F2, ….. Fn) воздуха или группе потребителей воздуха.
11. Увлажнитель по п. 10, в котором по меньшей мере с одним устройством (D1, D2, ……. Dn) потребителя соединено устройство (K1, K2, ……. Kn) обеспечения локального климата.
12. Увлажнитель по любому из пп. 1-11, в котором в увлажнитель воздуха помещен фильтр (10), предпочтительно НЕРА-фильтр, либо на входе увлажнителя воздуха для фильтрации нового неувлажненного воздуха (9), либо на выходе увлажнителя воздуха для фильтрации рециркулируемого влажного воздуха (5).
13. Воздушное судно (60), содержащее герметичное пространство (61), а также герметичный салон (63), отличающееся тем, что увлажнитель (100, 200, 300) по любому из пп. 1-12 помещен в упомянутое герметичное пространство (61) вне герметичного салона (63).
14. Воздушное судно по п. 13, отличающееся тем, что с увлажнителем (100, 200, 300) соединена система (64) воздуховодов для распределения увлажненного воздуха, причем система (64) воздуховодов размещена в герметичном пространстве (61), и к системе (64) воздуховодов подключено по меньшей мере одно устройство (D1, D2, ……. Dn) потребителя, к которому подключено по меньшей мере одно устройство (K1, K2, ……. Kn) обеспечения локального климата, причем все упомянутые устройства помещены в герметичный салон (63).
15. Воздушное судно по п. 13 или 14, отличающееся тем, что теплообменник (6) увлажнителя (100, 200, 300) находится в герметичном пространстве (61) для подачи нагретого воздуха герметичного салона в теплообменник (6).
16. Способ увлажнения воздуха, в котором неувлажненный воздух (9) транспортируют на вход увлажнительного устройства (2), в котором воздух адиабатически увлажняют до более высокого уровня влажности для последующей передачи, в качестве рециркулируемого влажного воздуха (5), в контур (15, 25, 35) рециркуляции посредством циркуляционного вентилятора для повторной транспортировки к входу увлажнительного устройства (2) для повторения адиабатического увлажнения, при этом часть рециркулируемого влажного воздуха (50) отводят из контура (15, 25, 35) рециркуляции для дальнейшей транспортировки потребителям (F1, F2, ……. Fn), и рециркулируемый влажный воздух (5) подают через теплообменник (6), помещенный в контур (15, 25, 35) рециркуляции, причем в теплообменнике (6) рециркулируемый влажный воздух (5) нагревается окружающим воздухом, и увлажнительное устройство (2) представляет собой контактную увлажнительную подушку (2).
17. Способ по п. 16, в котором через теплообменник (6) транспортируют нагретый воздух салона воздушного судна (60).
18. Способ по п. 16 или 17, в котором рециркуляционный поток (5) регулируют в соответствии с требуемой влажностью.
19. Способ по любому из пп. 16-18, в котором подачу неувлажненного воздуха регулируют для поддержания постоянного давления, при этом мощность вентилятора циркуляционного вентилятора изменяют в соответствии с потребностью в воздухе.
