用於混合新鮮空氣和加熱空氣的設備以及該設備在飛行器通風系統中的應用的製作方法

2023-05-05 01:53:06

專利名稱：用於混合新鮮空氣和加熱空氣的設備以及該設備在飛行器通風系統中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於混合新鮮空氣和加熱空氣的設備，所述設備包
括新鮮空氣進氣口 (32， 42);加熱空氣供應體(33, 43)，其用於將 加熱空氣(4)供應到所述設備(30， 40)中；以及混合空氣出氣口 (36， 46)，其用於輸送來自所述設備(30， 40)的混合的新鮮空氣和加熱空 氣(6)，其中加熱空氣供應體(33， 43)包括第一部分(35, 45)和第 二部分(37， 47),所述第一部分和第二部分構成對新鮮空氣(2)的流 阻，並且其中第二部分(37, 47)形成為具有多個加熱空氣供應開口(38， 48)的閉合中空體並在從加熱空氣的流動方向觀察時位於第一部分(35， 45)下遊的端部處連接於所述第一部分(35， 45)。本發明還涉及這種 類型的設備在安裝於飛行器的通風系統中的應用。從DE 42 08 442 Al 已知具有權利要求1前序部分特徵的混合設備。
背景技術：
在現代民用、商用飛行器中，將飛行器機搶劃分為應當/必需彼此獨立
地進行通風以及溫度控制的多個區域。因此，例如可以根據飛行器機艙的
不同區域中的乘客數量來進行溫度控制。這種需求導致了對這些進行不同
溫度控制的區域中的每一個區域必需使得新鮮空氣在供給到飛行器機搶
之前與加熱的氣流混合，加熱氣流的量根據各個機艙區域中要達到的溫度 水平來調節。
以前的空氣混合器，即用於混合新鮮空氣和加熱空氣的設備，在混合 過程中遇到的問^l:飛行器機搶的空氣供應管道中的壓力損失明顯增加。
由於這些管道中的壓力受到壓力調節，所以混合新鮮空氣和加熱空氣的過 程作為壓力調節方面的必須被最小化的擾動變量。另外，加熱空氣通常從
鈥合金管道供給到玻璃纖維增強塑料材料(GFRP複合材料)的新鮮空氣 管道中，並在新鮮空氣管道中進行混合過程。在加熱空氣供給到新鮮空氣 管道中之前，當其溫度處於大約200。C至260。C的範圍時，由GFRP複合材料生產的新鮮空氣管道便無法承受未混合的熱氣流的高溫。因此，必需 確保兩種氣流的有效混合以及與其相關的溫度下降。另外，藉助於安^ 混合區下遊的溫度傳感器來調節供給到機搶的空氣供應管路中的加熱空 M量流量。因此在位於混合區下遊的空氣供應管路中必需確保均勻溫度 分布，以便使傳感器能夠測量到混合氣流的代表性溫度。
混合過程通常在沒有輔助體(圖1)的情況下進行或者在具有簡單形
成的輔助體(圖2)的情況下進行。在圖1中圖示出的空氣混合器10的情 況下，新鮮空氣2通過進氣開口 12進入管道11並且在此處與通過供應開 口 14供應的加熱空氣4混合。混合空氣6從空氣混合器10的出氣口 16 排出並供給到下遊的飛行器機槍中。在這種情況下，測量混合空氣6的溫 度的溫度傳感器18位於混合區的下遊。圖1的空氣混合器10的缺點在於 新鮮空氣2和加熱空氣4混合不充分，尤其是當加熱氣流4艮小時。不充分 混合會導致形成所謂"熱點"，熱點對於由GFRP複合材料製成的管道ll 來講是不利的。
在圖2中示出了具有輔助體24的空氣混合器20。在該空氣混合器20 中，帶孔的管道端件24側向插入到管道21中。帶孔的管道端件24包括多 個加熱空氣供應開口 25，加熱空氣4穿過加熱空氣供應開口 25i^Vf道 21中並在此處與通過進氣口 22 i^7v的新鮮空氣2混合。混合空氣6通過 出氣口 26從管道21排出。再次，藉助於溫度傳感器28來測量混合空氣6 的溫度。這種空氣混合的缺點在於在混合區中經常發生較高的壓力損失， 這一方面是由於在帶孔的管道端件24的區域中管道21過流斷面減小所致， 另一方面是由於進入該區域中的加熱空氣4的額外質量流量所致。因為在 減小的過流斷面的區域中流速高於具有較大過流斷面的其它區域中的流 速，所以在這種類型的區域中會使壓力下降。另外，額外的加熱空氣品質 流量4致4吏在帶孔的管道端件24的區域中管道21內的壓力下降。這種壓 力下降對於飛行器機搶的新鮮空氣供應管路中的壓力調節來講是不利的。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種設備，利用這種設^f吏得能夠在壓力 損失低以及混合質量高的情況下執行新鮮空氣和加熱空氣的混合過程，尤 其是當大量的加熱空氣品質流與新鮮氣流混合時。
該目的通過如下的i殳備來實現，該設備包括新鮮空氣進氣口 (32，42) ;加熱空氣供應體(33, 43)，其用於將加熱空氣(4)供應到所述設備 (30， 40)中；以及混合空氣出氣口 (36, 46)，其用於輸送來自所述設備 (30， 40)的混合的新鮮空氣和加熱空氣(6)，其中加熱空氣供應體(33，
43) 包括第一部分(35， 45)和第二部分(37， 47)，所述第一部分和第二 部分構成對新鮮空氣(2)的流阻，並且其中第二部分(37, 47)形成為具 有多個加熱空氣供應開口 (38, 48)的閉合中空體並在沿加熱空氣流動方 向觀察時處於第一部分(35, 45 )下遊的端部處連接於所述第一部分(35, 45)。根據本發明，為了實現上述的目的，所述設備的特徵在於加熱空氣供 應體(33， 43)的第一部分(35， 45)為流線型形式。
關於這一點，流線型形式應當理解為，相對於繞其流動的介質一一在 這種情況下為空氣一一具有低流阻的任何形式的主體。因為加熱空氣供應 體至少部分為流線型構造，所以由於加熱空氣供應體而減小的新鮮空氣管 道過流截面的比例可維持在最小值，從而能夠在該區域中使與"M目關的壓 力下降維持在較低水平。另外，在藉助於新鮮空氣管路的加熱空氣供應體 來供應大量加熱氣流的情況下，還可以使新鮮空氣管路中的壓力損失最小 化。
根據本發明的優選實施方式，包括多個加熱空氣供應開口的加熱空氣 供應體的第二部分為流線型形式。以這種方式形成的加熱空氣供應體還稱 作隙透體，加熱空氣被引入到該加熱空氣供應體的內部並且通*熱空氣 供應開口移送到空氣混合器的內部。
包括加熱空氣供應開口的加熱空氣供應體的第二部分還可以優選為球 形或橢球形構造。因為在空氣混合器的內部可將流阻以及與其相關的壓力 下降維持在較低水平，所以第二部分的球形或橢球形構造仍是有利的。
根據本發明的另 一優選實施方式，第 一部分在新鮮空氣的流動方向上 的橫截面面積可以小於第二部分的橫截面面積。 一方面，這使得第一部分 相對於第二部分流阻減小。另一方面，^沒置在加熱空氣供應體的第一部分 上的加熱空氣供應開口能夠分布在較大的區域上，由於新鮮空氣能夠更加 容易地接觸到加熱空氣，由此改善了加熱空氣和新鮮空氣的混合質量。
多個加熱空氣供應開口優選地均勻分布在第二部分上。加熱空氣供應 開口的這種均勻分布確保了加熱空氣能夠均勻地排放到空氣混合器中，並 且於是防止了在第二部分附近產生顯著的溫度梯度，其會導致混合區下遊的不均勻溫度分布。
才艮據本發明的另一優選實施方式，第二部分的下遊區域中的加熱空氣 供應開口的數目可以大於第二部分的上遊區域中的加熱空氣供應開口的 數目。因為在第二部分的上遊區域中，加熱空氣的出射方向與新鮮空氣的 流動方向相反，所以在加熱空氣從第二部分排出時必須抵抗氣流進行"做 功"。該做功將必須以能量的方式供應至系統。與此相反，在第二部分的 下遊區域中加熱空氣的出射方向與新鮮空氣的流動方向平行。為此，第二 部分的下遊區域中的加熱空氣供應開口的數目大於上遊區域中的加熱空 氣供應開口的數目。
第二部分上的加熱空氣供應開口的表面密度優選地能夠在新鮮空氣的 流動方向上增加。由於上述原因，所以進一步使得混合過程中發生的壓力 損失最小化。
根據本發明的另一優選實施方式，加熱空氣在加熱空氣供應體的第一 部分中的流動方向可以垂直於新鮮空氣的流動方向。由於加熱空氣供應體 的第一部分的垂直布置，當將加熱空氣引入於是形成隙透體的第二部分中 時，加熱空氣已經具有垂直於新鮮空氣流動方向的運動分量，這j吏得加熱 空氣從隙透體排出更加容易，尤其是在加熱氣流較小的情況下。在加熱空 氣已經從隙透體排出之後，加熱空氣在新鮮空氣的流動方向上被推動並且 同時加熱空氣改變了其運動方向，因此加熱空氣能夠與新鮮空氣混合，從 而進一步改善了混合質量。
根據本發明的另一優選實施方式，空氣混合器的第一體能夠包括新鮮 空氣進氣口和混合空氣出氣口，在這種情況下，加熱空氣供應體可以緊固 至第一體。由於該構造，包括新鮮空氣進氣口和混合空氣出氣口的第一體 可以由不同的、輕型材料製造，在飛行器構造中這尤其有利。
根據本發明的另一優選實施方式，關於空氣混合器的節省重量的構造， 第一體可以由鈥合金製造而加熱空氣供應體可以由玻璃纖維增強塑料材
料製造。鈥合金保證了對於加熱空氣的高溫的良好熱穩定性，而玻璃纖維 增強塑料材料尤其有利於整個空氣混合器的節省重量的構造。
溫度傳感器優選地在加熱空氣供應體下遊設置在第一體上，這尤其有 利於供應到飛行器機搶的混合空氣的特定溫度調節。在這種情況下，溫度 傳感器應當設置在距離混合區足夠遠的距離處，從而使得傳感器能夠測量混合空氣的代表性溫度水平。
本發明還提供了根據本發明的這種類型的設備在安裝於飛行器的通風 系統中的應用。


通過下面的示例並基於所附的示意圖來說明本發明，其中
圖l表示了根據現有技術的不具有輔助體的空氣混合器的橫截面圖2表示了根據現有技術的具有輔助體的空氣混合器的橫截面圖3A、 3B、 3C表示了根據本發明第一實施方式的空氣混合器的不同 視圖4A、 4B、 4C表示了根據本發明第二實施方式的空氣混合器的不同 視圖。
具體實施例方式
在圖3A、 3B、 3C以及4A、 4B、 4C中所4吏用的附圖標記部分對應於 圖1和圖2中的附圖標記。此外，在圖3A、 3B、 3C以及圖4A、 4B、 4C 中，根據本發明第一實施方式和第二實施方式的空氣混合器的彼此相對應 的部件通過僅第 一個數字不同的附圖標記指出。
圖3A表示了根據本發明第一實施方式的空氣混合器30的側視圖，圖 3B表示了根據本發明第一實施方式的空氣混合器30的俯視圖，而圖3C 表示了才艮據本發明第一實施方式的空氣混合器30的垂直於新鮮空氣流動 方向的橫截面圖。在本實施方式中，新鮮空氣2通過進氣開口 32進入圓筒 形的管道31。儘管在圖3A中，進氣開口 32表示為通過管道31的截面， 並且儘管進氣開口 32還可以位於管道31的縱向上的另一處，但是該截面 應當理解成本發明的意義內的進氣口 32。
將要與新鮮空氣2混合的加熱空氣4通過進氣口 34iiyV加熱空氣供應 體33。圖3A、 3B和3C中所示的加熱空氣供應體33主要包括兩個部分。 第一部分35為流線型形式並且用作對第二部分37的供應管路。第二部分 37是中空的並且在本發明的意義內被稱作隙透體。隙透體37具有多個加 熱空氣供應開口 38，加熱空氣4能夠通過加熱空氣供應開口 38排放到管道31內部。在這種情況下，加熱空氣4在垂直於隙透體37表面的方向上 排出(參見圖3C)，並且在從隙透體37排出後，加熱空氣4被新鮮空氣2 在新鮮空氣2的流動方向上推動並且與新鮮空氣2混合。與新鮮空氣2混 合的加熱空氣4作為混合空氣6通過混合空氣排氣口 36從管道31排出。
圖3B表示了空氣混合器30的俯視圖。如圖3B所示，加熱空氣供應 體33的第一部分35以及隙透體37相對於新鮮空氣2的流動方向為流線型 形式。由於第一部分35和隙透體37的流線型形式，所以加熱空氣供應體 33關於新鮮空氣流動方向的流阻減小，從而使得新鮮空氣2和加熱空氣4 在空氣混合器30中混合時的壓力損失最小化。第一部分35以及隙透體37 的流線型形式額外地確保了在加熱空氣供應體33的下遊端部處不會發生 流動分離。
第一部分35在流動方向上的橫截面面積一一即在圖3B的繪圖平面中 部分35的面積---J、於隙透體37的橫截面面積。因此，加熱空氣供應體
33的流阻進一步減小並且與"M目關的壓力下降進一步最小化。同時，即使 從隙透體37的加熱空氣供應開口 38排出到空氣混合器30中的加熱氣流較 小時，也可以獲得良好的混合。
在圖3A、 3B和3C所示的實施方式中，隙透體37上的加熱空氣供應 開口38的分布選擇如下即除了上遊區域之外，加熱空氣供應開口38基 本上均勻地分布在隙透體37的表面上。由於在隙透體37上遊端區域中加 熱空氣的出射方向與新鮮空氣的流動方向相反，所以在隙透體37的上遊端 區域中不設置加熱空氣供應開口。否則，加熱空氣必須抵抗新鮮空氣進行 做功，對新鮮空氣做功必須以能量的形式供應到系統。相反，在下遊區域 中，從加熱空氣供應開口 38排出的加熱空氣4的出射方向與新鮮空氣2 的流動方向平行，因此在該下遊區域中顯著地減少了混合時造成的壓力下 降。從加熱空氣供應開口 38排出的垂直於新鮮空氣2流動方向的加熱空氣 4——即在隙透體37的中煒線附近排出的加熱空氣4——確保了不會相對 於隙透體37產生旁路流。而且，新鮮空氣2還與加熱空氣4在管道31靠 近其邊緣的區域中混合。這樣使得在管道31整個4黃截面上具有基本均勻的 溫度分布。該均勻的溫度分布允許溫度傳感器(在圖3A、 3B和3C中未 示出)進行代表性溫度的測量，因此確保了能夠可靠調節或控制從空氣混 合器30排出並供應到飛行器機搶的混合空氣6的溫度水平。
圖4A表示根據本發明第二實施方式的空氣混合器40的側視圖，圖4B表示根據本發明第二實施方式的空氣混合器40的俯視圖，而圖4C表示根 據本發明第二實施方式的空氣混合器40的垂直於新鮮空氣2的流動方向的 橫截面圖。關於這一點，將僅討"^相對於圖3A、 3B和3C中表示的第一 實施方式的不同之處。
在空氣混合器40的該實施方式中，隙透體47為球形形式。在本實施 方式中，加熱空氣供應開口 48均勻地分布在隙透體47的表面上。相應地， 加熱空氣4在所有方向上從隙透體47均勻排出。儘管隙透體47在實際意 義上不具有流線型形式，但是與圖2中帶孔的管道端件24相比還是可以減 小隙透體47的流阻。從圖4B中看到，類似於圖3A、 3B和3C中所示的 第一實施方式，供應管路45為相同形式的流線型形式。因此，在圖4A、 4B和4C中所示的實施方式中仍然能夠將發生在空氣混合器40中的任何 壓力損失保持在較低的水平。
在此處示出的兩個實施方式中，加熱空氣供應體33、 43設置成垂直於 新鮮空氣2的流動方向。換句話說，加熱空氣4在加熱空氣供應體33、 43 中的流動方向垂直於管道31、 41中的新鮮空氣2的流動方向。為了能夠承 受加熱空氣4的相對高溫(在200°C至260°C的範圍)，加熱空氣供應體 33、 43有利地由鈥合金製造。至於空氣混合器30、 40的節省重量的構造， 這在飛行器構造中特別重要，管道31、 41可由玻璃纖維增強塑料材料 (GFRP複合材料)製造。然而，本領域中的技術人員應當知道，對於管 道31、 41以及加熱空氣供應體33、 43可以使用其它合適的材料。
加熱空氣供應體33、 43插入到管道31、 41的側向開口中並且以氣密 的方式連接於後者。例如，具有內螺紋的金屬管座可插入到GFRP管道31、 41的側向開口中。然後，可將由鈥合金製造並包括外螺紋(未示出)的加 熱空氣供應體33、 43^Vf座中。
有利地，將隙透體37、 47焊接至流線型形狀的供應管路35、 45。
在此處示出的兩個實施方式的情況下，還可以考慮以與圖3A、 3B、 3C和4A、 4B、 4C所示不同的方式在隙透體37、 47上分布加熱空氣供應 開口 38、 48。已經確定在隙透體37的上遊區域中不設置加熱空氣供應開 口，尤其是在圖3A、 3B和3C所示的實施方式中。這代表了一種折衷， 這是因為，儘管由於該區域中的高流線密度在理論上可以實現混合的改 善，但是在該區域中加熱空氣4的出射方向與新鮮空氣2的流動方向相反，並且加熱空氣2因此必須抵抗新鮮空氣2執行做功。該做功將必須以能量 的方式從外部供應至系統。
此夕卜，在兩個實施方式中，當在新鮮空氣流動方向上觀察時隙透體37、 47的寬度可以選擇為使其對應於加熱空氣供應體33、 43的寬度。
此處結合圖3A、 3B、 3C和4A、 4B、 4C描述的空氣混合器30、 40 尤其適用於裝配在安裝於商用飛行器的通風系統中。還可以想到在其它地 方一一例如火車、卡車、公共汽車的通風系統中一一使用該空氣混合器30 、 40，即，需要使不同溫度的氣流儘量有效皿此混合併且壓力損失儘可能 低的任何地方，從而例如能夠對客槍或貨艙的不同區域進行通風、調節及 控制溫度水平。
權利要求
1. 一種用於混合新鮮空氣(2)和加熱空氣(4)的設備(30，40)，包括新鮮空氣進氣口(32，42)；加熱空氣供應體(33，43)，其用於將加熱空氣(4)供應到所述設備(30，40)中；以及混合空氣出氣口(36，46)，其用於輸送來自所述設備(30，40)的混合的新鮮空氣和加熱空氣(6)，其中所述加熱空氣供應體(33，43)包括第一部分(35，45)和第二部分(37，47)，所述第一部分和第二部分構成對新鮮空氣(2)的流阻，並且其中所述第二部分(37，47)形成為具有多個加熱空氣供應開口(38，48)的閉合中空體，並在沿加熱空氣流動方向觀察時處於所述第一部分(35，45)下遊的端部處連接於所述第一部分(35，45)，其特徵在於，所述加熱空氣供應體(33，43)的第一部分(35，45)為流線型形式。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於所述第二部分(37 )為流線 型形式。
3. 如權利要求1所述的設備，其特徵在於所述第二部分(47 )為球形 形式或者橢球形形式。
4. 如權利要求2或3所述的設備，其特徵在於所述第一部分(35， 45 ) 在新鮮空氣(2)流動方向上的橫截面面積小於所述第二部分(37， 47)的 橫截面面^P、。
5. 如權利要求2至4中任一項所述的設備，其特徵在於多個加熱空氣 供應開口 (48)均勻地分布在所述第二部分(47)上。
6. 如權利要求2至4中任一項所述的設備，其特徵在於所述第二部分 (37)的下遊區域中的加熱空氣供應開口 (38)的數目大於所述第二部分 (37)的上遊區域中的加熱空氣供應開口 (38)的數目。
7. 如權利要求6所述的設備，其特徵在於所述第二部分上的所述加熱 空氣供應開口的表面密度沿新鮮空氣的流動方向增加。
8. 如權利要求2至7中任一項所述的設備，其特徵在於所述加熱空氣 供應體(33， 43)的第一部分(35， 45)中的加熱空氣(4)的流動方向垂 直於新鮮空氣(2)的流動方向。
9. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於第一體(31, 41) 包括所述新鮮空氣進氣口 (32， 42)和所述混合空氣出氣口 (36， 46)，並 且所述加熱空氣供應體(33， 43)緊固至所述第一體(31， 41)。
10. 如權利要求9所述的設備，其特徵在於所述第一體(31, 41)由 玻璃纖維增強塑料材料製造，而所述加熱空氣供應體(33， 43)由鈥合金 製造。
11. 如權利要求9或10所述的設備，其特徵在於溫度傳感器在所^ 熱空氣供應體(33, 43)的下遊i殳置在所述第一體(31， 41)上。
12. 如前述權利要求中任一項所述的設備(30， 40)在安裝於飛行器 的通風系統中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種用於混合新鮮空氣(2)和加熱空氣(4)的設備(30)，所述設備包括新鮮空氣進氣口(32，42)；加熱空氣供應體(33，43)，其用於將加熱空氣(4)供應到所述設備(30，40)中；以及混合空氣出氣口(36，46)，其用於輸送來自所述設備(30，40)的混合的新鮮空氣和加熱空氣(6)，其中加熱空氣供應體(33，43)包括第一部分(35，45)和第二部分(37，47)，所述第一部分和第二部分構成對新鮮空氣(2)的流阻，並且其中第二部分(37，47)形成為具有多個加熱空氣供應開口(38，48)的閉合中空體並在沿加熱空氣的流動方向觀察時位於第一部分(35，45)下遊的端部處連接於所述第一部分(35，45)。本發明的特徵在於，加熱空氣供應體(33，43)的第一部分(35，45)為流線型形式。本發明還涉及這種類型的設備在安裝於飛行器的通風系統中的應用。
文檔編號F24F13/04GK101421024SQ200780012822
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月5日 優先權日2006年4月11日
發明者烏韋·布克霍爾斯, 尼科·森託凡特, 達留什·克拉科夫斯基 申請人:空中巴士德國有限公司