CN102905975B - 用于飞机空调***的混合装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于飞机空调***的混合装置（10）包括多个冷空气供应管线（12、14），所述多个冷空气供应管线（12、14）被设计为将冷空气供应到混合装置（10）。多个暖空气供应管线（16、18）被进一步提供，多个暖空气供应管线（16、18）被设计为将暖空气供应到混合装置（10）。第一预混合室（20）被连接到冷空气供应管线（12、14），并被设计为混合通过冷空气供应管线（12、14）供给到第一预混合室（20）中的冷空气。第二预混合室（22）被连接到暖空气供应管线（16、18），并被设计为混合通过暖空气供应管线（16、18）供给到第二预混合室（22）中的暖空气。最后，主混合室（24）被连接到第一和第二预混合室（20、22），并被设计为将在第一预混合室（20）中预混合的冷空气与在第二预混合室（22）中预混合的暖空气混合。
Description
技术领域
本发明涉及用于飞机空调***的混合装置，以及装备有这种混合装置的飞机空调***。
背景技术
在现代飞机中，客舱或客舱的附属区域、货舱或货舱的附属区域以及座舱形成各种空调区，这些空调区通常在飞机的航行期间和滑行期间均通过飞机的空调***进行空调。热引气在升高的压力下从发动机压缩机或辅助发动机压缩机被移除，并被供应到飞机的空调***。在飞机空调***的空调单元（所谓的空调机组中），该引气被膨胀并被冷却到期望的低温。最后，在空调单元中受到调节的空气被作为冷却了的新鲜空气输送到该空调***的主要新鲜空气管线中。流过主要新鲜空气管线的新鲜空气被输送到混合装置中，而在混合装置中与从客舱中抽出的再循环空气混合。在混合装置中产生的来自空调机组提供的冷新鲜空气与从客舱抽出的再循环空气的混合空气，最后被用于空调飞机的各种空调区。
目前在飞机空调***中使用的混合装置均通过合适的连接部被连接到多个管道***，取决于飞机的工作状态，空气以不同的流动速率并以不同的温度流过该管道***。然而，连接部和管道***的布置、几何形状和路线通常仅可针对一种工作状态被优化，即一个流动速率和一个温度。而且，飞机上安装空间的限制此外影响连接部和管道***的几何形状和路线。取决于通过管道***供应到混合装置的空气的流动速率和温度，混合装置中可能出现温差，从而可能由此而出现混合质量的变化，其中特别是，与气流的失效关联的故障情形可显著地降低混合质量。
冷气流和暖气流在混合装置中的不充分的混合，使其难于或者甚至不可能为混合装置的所有空气出口供应具有期望的相同温度并具有期望的相同新鲜空气/再循环空气比的空气。这可导致舒适度的丧失，并且还导致新鲜空气不均匀地供应到位于飞机上的人员。此外，在空调***的工作环境下，空调***中的冷新鲜空气以低于0℃的温度被供应到混合装置，供应到混合装置的冷新鲜空气与暖的再循环空气的不充分混合，可能由于包含在新鲜空气中的水分而导致冰和雪附着在混合装置中或附着在连接到混合装置的管道***中。
为了能够保证满意的混合质量，目前在飞机空调***中使用的混合装置需要具有尽可能大的混合路径长度，因而混合装置相对笨重。而且，在混合装置中发生压力损失，这必须通过用于将气流输送通过混合装置的输送装置的相应的高输送能力来补偿。
发明内容
本发明适合的目的表明一种用于飞机空调***的混合装置，该混合装置能够使供应该混合装置的暖气流和冷气流均匀混合。本发明进一步适合的目的在于提供一种装备有这种混合装置的飞机空调***。
该目的通过一种具有权利要求1的特征的用于飞机空调***的混合装置以及一种具有权利要求10的特征的飞机空调***而实现。
适用于飞机空调***的混合装置包括多个冷空气供应管线，所述多个冷空气供应管线适于将冷空气供应到混合装置。待供应到混合装置的冷空气例如可由空调***的一个空调单元或多个空调单元产生。例如，可提供两个冷空气供应管线，所述两个冷空气供应管线将混合装置连接到飞机空调***的彼此分离构造的两个空调单元。根据本发明的混合装置进一步包括多个暖空气供应管线，所述多个暖空气供应管线适于将暖空气供应到混合装置。暖空气供应管线优选为再循环空气管线，其将混合装置连接到飞机的客舱或货舱，并将再循环空气从客舱或货舱输送到混合装置中。根据本发明的混合装置优选包括至少两个暖空气供应管线，所述至少两个暖空气供应管线将混合装置例如连接到客舱和/或货舱的各个区域。
混合装置的第一预混合室被连接到冷空气供应管线，并适于混合通过冷空气供应管线供给到第一混合室中的冷空气。第二预混合室被进一步提供，其被连接到暖空气供应管线，并适于混合通过暖空气供应管线供给到第二预混合室中的暖空气。因此，在第一预混合室中，通过冷空气供应管线供给到混合装置的冷空气的预混合，发生在冷空气接触通过暖空气供应管线供给到的暖空气之前。以相似的方式，第二预混合室被用于，在暖空气接触到通过冷空气供应管线供给到到混合装置的冷空气之前，预混合通过暖空气供应管线供给到到混合装置的暖空气。
根据本发明的混合装置进一步包括主混合室，所述主混合室被连接到第一预混合室和第二预混合室，并被设计为将在第一预混合室中预混合的冷空气与在第二预混合室中预混合的暖空气混合。根据本发明的混合装置的主混合室优选为被供应以专门通过预混合室预混合的空气，即不提供未经预混合的冷空气或暖空气进入主混合室中的直接供应。因此，根据本发明的混合装置总体上优选为两级构造，即供应到混合装置的所有气流在被供应到主混合室之前在预混合室之一中首先被处理。
根据本发明的混合装置以不依赖于飞机空调***的工作环境的事实而令人瞩目，即不依赖于供应到混合装置的气流的流动速率和/或温度的变化，所以可实现恒定的混合量。这甚至适用于与气流的失效关联的故障情形，即利用根据本发明的混合装置，即使在这种故障情形情况下，仍然能够实现满意的混合质量。根据本发明的混合装置的进一步的优点在于，通过供应到混合装置的冷空气与暖空气的均匀混合，能够使由供应到混合装置的气流的不充分混合引起的冰和雪在混合装置中或在连接到混合装置的管道***中的附着最小化。
根据本发明的混合装置的第一预混合室优选被连接到用于从第一预混合室排放冷空气的冷空气排放管线。未与暖空气混合的冷空气可通过冷空气排放管线从混合装置中移除，并且例如作为新鲜空气供应到飞机的座舱。通过将冷空气排放管线连接到第一预混合室，即使在通过连接到第一预混合室的冷空气供应管线中之一的冷空气供应失效时，也保证冷空气从第一预混合室的排放以及由此例如向飞机的座舱的新鲜空气供应是可能的。
可替代地或另外，根据本发明的混合装置的第二预混合室可被连接到用于从第二预混合室排放暖空气的暖空气排放管线。暖空气可通过暖空气排放管线供应到飞机的需要暖空气的***，例如供应到除冰***等。通过将暖空气排放管线连接到第二预混合室，即使在通过暖空气供应管线之一的暖气流中的一个失效时，也确保可获得用于通过暖空气排放管线从第二预混合室排放的足够的暖空气。
在原理上，第一预混合室和第二预混合室可相对于彼此以任何期望的方式被设置。例如，将第二预混合室设置在第一预混合室上游是能想到的。然而，在根据本发明的混合装置的实施方式的优选形式中，第一预混合室被设置在第二预混合室上游。第一预混合室优选经由喷嘴被连接到主混合室，所述喷嘴导致从第一预混合室输送到主混合室中的冷气流的加速。如果第一预混合室被设置在第二预混合室上游，则将第一预混合室连接到主混合室的喷嘴优选延伸通过第二预混合室。该喷嘴优选为至少部分具有沿着通过喷嘴的冷气流的方向分部变宽的流动横截面，即至少部分优选为锥形结构。
喷嘴优选以这种方式被设计，以致于至少在喷嘴的面向第一预混合室的入口区域中，喷嘴的生成表面与喷嘴的通流体积之间的比值沿着通过喷嘴的冷气流的方向增加。喷嘴的生成表面与通流体积之间的比值的增加以及由此流过喷嘴的空气射流体积的增加，能够使流过喷嘴的空气射流加速，由此而在通过喷嘴从第一预混合室输送到主混合室中的冷气流与由于从第二预混合室供给到主混合室中而未被加速的暖气流之间实现速度差的增大。通过喷嘴而加速的冷气流于是起喷射器的作用，因而，出现在混合装置中的压力损失可被最小化。而且，喷嘴的喷射器效果促进从喷嘴离开的冷空气与围绕喷嘴流动的暖空气混合，因此使所需要的混合路径长度最小化。结果，混合装置总体上可为更小的设计，并因此占用更少的安装空间。
而且，喷嘴优选以这种方式被设计，以致于在出口区域中，即喷嘴的面向主混合室的区域中，喷嘴的生成表面沿着通过喷嘴的冷气流的方向基本上保持恒定。喷嘴的这种设计防止在喷嘴的出口区域中喷嘴的发散表面处发生流动分离。
最后，喷嘴的出口优选以这种方式被设计，以致于从喷嘴的出口离开的冷气流形成多个自由射流。这优化了冷空气在主混合室中的分布并改善了混合装置的混合效果。
在主混合室的面向预混合室的入口区域中，主混合室优选包括扩散器。例如，扩散器可位于用于将冷空气从第一预混合室供应到主混合室中的喷嘴下游，并与该喷嘴相邻。考虑到这种构造，来自喷嘴的冷空气在从喷嘴出口离开后被输送到扩散器中，且在那里可发生与围绕喷嘴流动的暖空气的初始混合。通过在主混合室中使用扩散器，根据本发明的混合装置的混合效果可进一步被改善。
在主混合室的面向预混合室的入口区域中，可进一步提供有流动控制装置。例如，流动控制装置可被设置在提供在主混合室的入口区域中的扩散器正下游。流动控制装置优选被用于引导从将第一预混合室连接到主混合室的喷嘴离开的自由射流。特别地，流动控制装置被用于矫正自由射流的不期望偏离，该不期望的偏离由于喷嘴中的冷气流与围绕喷嘴的暖气流之间的极端速度差引起的喷嘴中的流动分离而发生。因而，借助于流动控制装置，可防止由于从喷嘴离开的自由射流的不期望的偏离而造成的混合质量的降低。
流动控制装置优选包括两个流动导流板，所述两个流动导流板沿通过主混合室的入口区域的冷气流的方向弯曲，并从主混合室的彼此相对的侧壁延伸到流过主混合室的入口区域的冷气流中。流动控制装置的流动导流板优选以三角形板的形式被配置，并以这种方式被设置，以致于三角形板的顶点在每种情况下均从主混合室的彼此相对的侧壁延伸到流过主混合室的入口区域的冷气流中。
最后，根据本发明的混合装置优选包括防冰装置。该防冰装置可被设置在主混合室的与主混合室的入口区域相对的后壁的区域中。通过防冰装置，可防止冰沉积在主混合室的与主混合室的入口区域相对的后壁上。
根据本发明的飞机空调***包括前述混合装置。
附图说明
下面将参照所附示意图详细描述本发明的实施方式的优选形式，所附示意图示出适用于飞机空调***的混合装置的三维图。
具体实施方式
图中以10表示的混合装置包括第一冷空气管线12和第二冷空气管线14，第一冷空气管线12和第二冷空气管线14被设计为在每种情况下均将由空调单元产生的冷空气供应到混合装置10。混合装置10进一步包括第一暖空气管线16和第二暖空气管线18，第一暖空气管线16和第二暖空气管线18被设计为在每种情况下均将来自飞机的客舱或货舱的暖的再循环空气供应到混合装置10。
第一冷空气管线12和第二冷空气管线14通向第一预混合室20。另一方面，第一暖空气管线16和第二暖空气管线18通向设置在第一预混合室20下游的第二预混合室22。在第一预混合室20中，通过第一冷空气管线12和第二冷空气管线14供给到第一预混合室20中的两股冷气流彼此混合。以相似的方式，在第二预混合室22中，通过第一暖空气管线16和第二暖空气管线18供给到第二预混合室22中的暖气流彼此混合。
混合装置10进一步包括主混合室24，主混合室24被连接到第一预混合室20和第二预混合室22。特别地，主混合室24被设置在预混合室20、22下游，并被用于将在第一预混合室20中预混合的冷空气和在第二预混合室22中预混合的暖空气混合。
因此，混合装置10为两级构造。通过为主混合室24供应来自预混合室20、22的专门预混合的空气，可使主混合室24中出现的温差保持相对低。结果，即使通过冷空气管线12、14以及暖空气管线16、18供给到混合装置10中的气流的温度和流动速率发生变化，混合装置10的混合效果也大约保持恒定。即使气流的失效也不会导致由混合装置10所实现的混合质量的急剧下降。最后，主混合室24被妥善地保护而免遭由主混合室中的极端温差引起的结冰。
用于从第一预混合室20排放冷空气的冷空气排放管线26被连接到第一预混合室20。必要时，冷空气排放管线26被用于将新鲜空气供应到飞机的选定区域，例如供应到座舱。由于冷空气排放管线26被连接到第一预混合室20，即使在通过第一冷空气管线12或第二冷空气管线14的冷气流中的一个失效时，冷空气通过冷空气排放管线26的充分流动也是可能的。
以相似的方式，用于从第二预混合室22排放暖空气的暖空气排放管线28被连接到第二预混合室22。暖空气排放管线28被用于将暖空气供应到飞机上需要暖空气的***，例如供应到除冰***。通过将暖空气排放管线28连接到第二预混合室22，即使在通过第一暖空气管线16或第二暖空气管线18的暖气流中的一个失效时也能保证足够的暖空气可被输送通过暖空气排放管线28。
设置在第二预混合室22上游的第一预混合室20通过喷嘴30被连接到主混合室24，喷嘴30延伸通过第二预混合室22。因此，在混合装置10的工作期间，来自第二预混合室22的暖空气围绕用于将冷空气从第一预混合室20输送到主混合室24中的喷嘴30流动。喷嘴30至少部分为锥形结构，即至少部分具有沿通过喷嘴30的冷气流的方向变宽的流动横截面。
喷嘴30以这种方式被设计，以致于在喷嘴30的入口区域中，喷嘴30的侧面与喷嘴30的通流体积之间的比值沿着通过喷嘴30的冷气流的方向增加。因此，流过喷嘴30的冷气流被加速，并相对于从第二预混合室22流到主混合室24中的暖气流产生流动速度差。换言之，借助于喷嘴30实现喷射器效果，这促进从喷嘴30离开的冷空气与围绕喷嘴30流动的暖空气的混合，并由此使所需要的混合路径长度最小化。
然而，在喷嘴30的面向主混合室24的出口区域中，喷嘴30的侧面沿着通过喷嘴30的冷气流的方向基本上保持恒定。因此，喷嘴侧面的发散部分处的流动分离可被防止。而且，喷嘴30的出口以这种方式被设计，以致于从喷嘴30的出口离开的冷气流形成多个自由射流。例如，为了形成从喷嘴出口离开的两个自由射流，喷嘴出口可包括一区域，在该区域中，喷嘴侧面的彼此相对的部分之间的间隔被减小。
在邻接第二预混合室22和喷嘴30的出口的入口区域中，主混合室24包括扩散器32。该扩散器具有沿着通过扩散器32的气流的方向变宽的流动横截面，并被用于进一步改善混合装置10的混合效果。在扩散器32的下游，主混合室24被连接到用于从主混合室24排放混合空气的四个混合空气排放管线34。
在主混合室24的入口区域中，流动控制装置36被提供在提供于主混合室24的入口区域中的扩散器32的下游。流动控制装置36包括两个流动导流板38、40，两个流动导流板38、40沿从喷嘴30离开并流过主混合室24的入口区域的冷气流的方向弯曲，并从主混合室24的彼此相对的侧壁延伸到流过主混合室24的入口区域的冷气流中。流动导流板38、40为三角形结构，并以这种方式被设置，以致于三角形的顶点伸入到流过主混合室24的入口区域的冷气流中。借助于流动控制装置36，可矫正由喷嘴30中的流动分离引起的从喷嘴30离开的冷空气自由射流的不期望的偏离，由此可防止与其相关的主混合室24中的混合质量的降低。
在主混合室24的与主混合室24的入口区域相对的后壁42的区域中，以碎冰机形式配置的防冰装置44被提供。防冰装置44防止冰沉积在主混合室24的后壁42上。
Claims (10)
1.一种用于飞机空调***的混合装置(10)，包括：
多个冷空气供应管线(12、14)，所述多个冷空气供应管线(12、14)适于将冷空气供应到所述混合装置(10)；
多个暖空气供应管线(16、18)，所述多个暖空气供应管线(16、18)适于将暖空气供应到所述混合装置(10)；
第一预混合室(20)，所述第一预混合室(20)被连接到所述冷空气供应管线(12、14)，并适于混合通过所述冷空气供应管线(12、14)供给到所述第一预混合室(20)中的所述冷空气；
第二预混合室(22)，所述第二预混合室(22)被连接到所述暖空气供应管线(16、18)，并适于混合通过所述暖空气供应管线(16、18)供给到所述第二预混合室(22)中的所述暖空气；和
主混合室(24)，所述主混合室(24)被连接到所述第一预混合室和所述第二预混合室(20、22)，并适于将在所述第一预混合室(20)中预混合的所述冷空气与在所述第二预混合室(22)中预混合的所述暖空气混合；
其中所述第一预混合室(20)和所述第二预混合室(22)中的一个被设置在另一个上游，其中设置在另一预混合室(22；20)上游的预混合室(20；22)经由喷嘴(30)被连接到所述主混合室(24)。
2.根据权利要求1所述的混合装置，
其特征在于所述第一预混合室(20)被连接到用于从所述第一预混合室(20)排放冷空气的冷空气排放管线(26)，和/或在于，所述第二预混合室(22)被连接到用于从所述第二预混合室(22)排放暖空气的暖空气排放管线(28)。
3.根据权利要求1所述的混合装置，
其特征在于所述喷嘴(30)具有沿着通过所述喷嘴(30)的气流的方向变宽的流动横截面。
4.根据权利要求3所述的混合装置，
其特征在于所述喷嘴(30)以这种方式被设计，以致于至少在所述喷嘴(30)的入口区域中，所述喷嘴(30)的生成表面与所述喷嘴(30)的通流体积之间的比值沿着通过所述喷嘴(30)的所述气流的方向增加。
5.根据权利要求3所述的混合装置，
其特征在于所述喷嘴(30)以这种方式被设计，以致于在所述喷嘴(30)的出口区域中，所述喷嘴(30)的生成表面基本上保持恒定。
6.根据权利要求3所述的混合装置，
其特征在于所述喷嘴(30)的出口以这种方式被设计，以致于从所述喷嘴(30)的所述出口离开的气流形成多个自由射流。
7.根据权利要求1所述的混合装置，
其特征在于所述主混合室(24)包括扩散器(32)，所述扩散器(32)被设置在所述主混合室(24)的入口区域中，和/或在于，所述主混合室(24)被连接到用于从所述主混合室(24)排放混合空气的至少一个混合空气排放管线(34)。
8.根据权利要求7所述的混合装置，
其特征在于在所述主混合室(24)的所述入口区域中，在设置于所述主混合室(24)的所述入口区域中的所述扩散器(32)的下游，提供流动控制装置(36)，其中所述流动控制装置(36)包括两个流动导流板(38、40)，所述两个流动导流板(38、40)沿着通过所述主混合室(24)的所述入口区域的冷气流的方向弯曲，并从所述主混合室(24)的彼此相对的侧壁延伸到流过所述主混合室(24)的所述入口区域的所述冷气流中。
9.根据权利要求1所述的混合装置，
其特征在于防冰装置(44)，所述防冰装置(44)被设置在所述主混合室(24)的与所述主混合室(24)的入口区域相对的后壁(42)的区域中。
10.一种飞机空调***，
其特征在于根据权利要求1至9中任一项所述的混合装置(10)。
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