CN103466092A - 用于机门区域的加热系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于机门区域的加热系统和方法，其包括加热源、从加热源延伸的管路以及传热介质，其中，传热介质为空气，管路用于将来自所述加热源的热量借助所述传热介质供给到所述飞机机门区域，从而在所述机门区域附近主要形成热对流，以对所述飞机机门区域进行加热，其中，加热源来自飞机上的废气或排气，例如加热源是电子设备舱排气。借助该加热系统和方法可以减少飞机空调系统的工作负荷、减少飞机的用电量，从而降低飞机的燃油损耗，提高了飞机的经济性和环保性。

Description

用于机门区域的加热系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于飞机的、特别是机门区域的加热系统及方法。

背景技术

人们已熟知，海拔每上升1000米，温度下降6摄氏度。通常，飞机巡航高度在1万米以上，因此，飞机外的环境温度至少在零下20度左右。然而，根据航空医学要求，最舒适的座舱温度在20～22℃的范围内。另外，座舱内温度场应均匀，无论是垂直方向还是水平方向，与规定座舱温度值的偏差，一般不得超过±3℃。座舱壁、地板和顶部的内壁温度，基本上应保持与舱内温度一致，否则由于热辐射和对流的影响会使乘员感到不舒适。因此，需要对飞机座舱进行温度控制、压力调节以及进行通风换气。

目前，采用飞机空调系统来确保座舱或者货舱的温度保持在要求的预定温度范围内。作为空调系统的一种补充，通常需要对飞机客舱里空气分配系统不易达到的冷区进行加热，这些冷却诸如是应急舱口、部分客舱地板及客货两用机的主货舱门部分。

特别是，由于飞机客舱的机门区域的绝热层厚度较小，机门区域的温度通常低于客舱内的平均温度，这会对门区域附近的机组人员和乘客的热舒适性造成影响，因此，普遍存在对加热机门区域的系统的需求。

如图1中所示，在现有的飞机空调系统中，通常在机门区域附近、具体来说是在飞机蒙皮与内饰板之间的通风管路上装电加热器来进行机门区域加热。电加热器有空气管路加热器和电辐射板等多种形式。空气管路加热器的形式是在通风管路内装有一系列的电阻元件，在通电时，这些电阻元件发热，并由此对通过通风管路的空气进行加热。在一些情况下，电辐射板由壁板和底板组成，在这些板上嵌有电阻丝，当电阻丝通电时，电阻丝及板表面发热，通过辐射对舱门壁直接加热。值得注意的是，由于电加热器本身是潜在的热源，因此，当供电不稳定或者局部环境温度过高的情况下，都是一种对于飞机安全性来说不稳定的潜在因素。

然而，无论采用哪种具体形式，这种利用辅助的电加热器来对飞机机门加热的技术方案都会增加飞机耗电量，从而增加了飞机的代偿损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于机门区域的加热系统和方法，借助该加热系统和方法可以减少飞机空调系统的工作负荷、减少飞机的用电量，从而降低飞机的燃油损耗，提高了飞机的经济性和环保性。

根据本发明的用于机门区域的加热系统和方法包括加热源、从加热源延伸的管路以及传热介质，传热介质为空气，管路用于将来自加热源的热量借助传热介质供给到机门区域，从而在机门区域附近主要形成热对流，以对机门区域进行加热。上述加热系统和方法利用了来自飞机上废热排气。该废气热源的温度高于待加热的飞机机门区域的温度，并且例如但不限于是电子设备舱排气。本发明重新回收利用了飞机上的这种例如来自电子设备舱排气的废热，从而使飞机的代偿损失降低到最小程度。特别是，结合电子设备舱和机门区域在飞机上位置上相近的优势，设计本方案解决管路布置增加系统重量的问题，并且相对于电加热器方案来说安全性也有大幅提升。

在一些情况下，该加热系统和方法可包括风扇和换热器，由风扇将机门区域的空气或来自客舱的通风空气作为冷流经过管路吸入换热器内，并且将来自电子设备舱的排气作为热流经过管路引入换热器内，然后，使来自机门区域或者较低温度的客舱通风空气的冷流与来自电子设备舱的热流进行换热，从而使来自机门区域的气体温度上升，并返回到机门区域。也就是说，来自机门区域的冷流与来自电子设备舱的热流彼此不接触，但却彼此热连通。由此，可以使来自热源的气体不影响到处于机门区域附近的人员，以将不安全因素减到最少。此外，换热器优选为热管式换热器以提高冷流与热流之间的换热效率。

较佳地，在机门区域内或附近布置有温度传感器，当机门区域的温度低于第一限值时，打开风扇对机门区域进行加热，当机门区域的温度高于第二限值时，关闭风扇以停止机门区域加热，其中，第二限值高于或等于第一限值。

更佳地，风扇为可变转速的风扇，以使加热系统和方法在两种模式下工作。当机门区域的温度低于第三限值时，加热系统处于快速加热模式，此时，风扇以最大转速运行，当机门区域的温度高于或等于第一限值时，加热系统进入正常加热模式，以使风扇以低于最大转速的额定转速运行，其中，第三限值低于第一限值。

此外，加热系统和方法还可包括电子设备抽风风扇，用以将完成换热后的电子设备舱排气通到排气活门附近后排出机外。

通过阅读本发明的实施例的以下具体说明，本发明的另一些特征和优点将变得更加清楚，参照附图并以非限制性实例方式给出该说明。

附图说明

图1示出现有技术的飞机机门区域的加热系统的布置示意图；

图2示出根据本发明的飞机机门区域的加热系统的示例性布置示意图，以及

图3示出根据本发明的飞机机门区域的加热系统的另一示例性布置示意图。

具体实施方式

如前所述，由于飞机机门区域附近的绝热层厚度较小，更容易使座舱内的热量散失到飞机蒙皮外，因此，在使用常规的飞机空调系统的情况下，将难以将该区域的温度保持在平均座舱温度下。根据本发明，飞机机门区域加热的系统利用飞机内本身已有的热源来对该机门区域进行加热，而无须使飞机配备有额外的电加热器以产生该机门区域额外所需的热量。这对于如飞机这样的性能要求极高的大型机械来说，意义特别重大。

在较佳的实施例中，该热源可以是电子设备舱排气。一般来说，电子设备能在高于人体所能承受的环境温度下可靠地工作。当电子设备舱的排气温度为38～55℃时，电子设备的工作不会出现异常情况。在一些情形下，可以将电子设备舱的排气通过管路直接供给到机门，以对机门附近的区域进行加热。

当然，这种热源也可以是来自于其它飞机上的其它排气或废气。例如，也可以通过管路将来自飞机客舱的排气或者是来自发动机舱的废气用作加热源。但是，利用电子设备舱的排气在此是优选的，这是因为需要加热的门区域是在电子设备舱排气管路的上方，从布置和距离上来说，电子设备舱享有管路布置的便利条件。另外，电子设备舱的温度、即38～55℃也适于作为加热源，不会产生可能如背景技术中所述的电加热器那样的不稳定的安全问题。

此外，由于机门区域的密封问题，一般难以避免机门区域附近的气体逸出到飞机座舱内。如果机门附近的气体含有污染物甚至是有毒气体，则会对飞机座舱内的乘员安全造成不利影响。因此，在利用诸如来自电子设备舱的排气进行加热的情况下，优选考虑以间接的换热方式对机门区域进行供热。换言之，采用这种间接加热的方法能够解决电子舱排气可能会污染客舱空气的问题。

如图2中所示，用于飞机机门区域的加热系统可包括风扇102和换热器101。首先，如箭头A所示，由风扇102将来自机门区域的空气或者温度较低的客舱通风空气作为冷流经过管路送入换热器101内。另一方面，将来自电子设备舱的温度较高的排气作为热流经过管路引入换热器101内。然后，来自机门区域的冷流与来自电子设备舱的热流进行换热，以使来自机门区域的气体温度上升。最后，将该温度升高的气体再通过管路送回到机门区域，以实现对机门区域的供暖。

在该实施例中，通过利用换热器101可以使流经该换热器的电子设备舱排气与来自机门区域并随后将供给回到机门区域的气体彼此不接触，换言之，它们并不相互混合，但却彼此热连通，从而实现将热能从上述热流传递到上述冷流。特别是，换热器101可采用热管式换热器，以提高低温差传热介质的换热效率，从而能够更为充分地利用来自例如电子设备舱排气与机门区域之间的温度差，提高热效率。

较佳地，机门区域加热系统还包括电子设备抽风风扇106，用以将完成换热后的电子设备舱排气通到排气活门附近后随其它热源的排气一起排出机外。

由于飞机的飞行高度并不恒定或者飞行大气环境或者座舱内环境的变化，并不总是需要对机门区域加热。此时，可以设想对上述用于机门区域的加热系统改型为根据需要温度可调的加热系统。

在一些情况下，可以利用风扇102来实现调节机门区域的实际温度。较佳地，在机门区域布置有至少一个温度传感器104。该温度传感器104通信地连接到控制器103，以将当前实际温度值发送给控制器103，以使控制器103根据情况向例如风扇等发出动作命令。

可以例如规定，当机门区域的温度低于第一限值（例如，5℃）时打开风扇104以如上所述地进行机门区域加热。当机门区域的温度高于第二限值（例如，18℃）时，加热系统可自动关闭风扇，停止上述加热。第一和第二限值可以由设计人员预先设定或者由机组人员通过连接到控制器103的输入设备实时地修改。这种输入设备诸如是可由机组人员方便地操作的呈触摸屏形式的控制面板105等。一般，第二限值高于或等于第一限值。

在另一些情况下，可以采用一种变速风扇102，使加热系统可在两种模式下工作，快速加温模式和正常加温模式。即，当机门区域的传感器104探测到该区域温度低于第三限值（例如，0℃）时，该加热系统在快速加温模式下工作，即，使风扇102以最大转速运行。当机门区域的温度超过例如第一限值（例如，5℃）时转换为正常加温模式，风扇102以普通转速、例如额定转速运行。一般，第三限值低于第一限值。

如上所述，可以理解到，在加热系统自动调节的状态下，为了避免由于飞机空调系统或其它原因造成瞬时温度波动带来的影响，设计成使温度传感器104每隔一段时间测量一次机门区域的温度，以使风扇102并非在高于第一限值时马上自动关闭，而是仍然继续加热一段时间，等到温度传感器下一次测量到机门区域的温度高于第二限值（该第二限值高于第一限值）再关闭风扇。

此外，也可以在控制器103内设有延迟响应环节。例如，当温度在极短时间内下降到0℃以下并在随后的极短时间内又恢复5℃以上到时，设定控制器延迟对例如风扇102发出改变模式（即，立刻进入上述快速加热状态）的信号，以使风扇102的转速在极短时间（例如，2-3秒）内不变化，不对机门区域进行最大程度地加热，避免不必要地浪费功率。

这样做的优点在于一方面极短时间的温度变化对于舱门壁面以及由此乘员感知程度的影响不大，另一方面可以减少这种风扇转速的短暂波动对于提高风扇使用寿命，从而进一步减少加热系统的耗电量。

如上所述，机组人员也可以通过机门附近的控制面板105对加热系统、例如风扇的转速进行手动操作，以满足当前的实际需求。

当然，实现温度可调的加热系统也可以通过除了风扇102外的其它手段来实现。替代地，或者例如但不限于，可以对从电子设备舱到换热器101之间的管路设置阀门，以根据实际需要来限定供给到换热器101的排气流量，从而间接调节对机门区域的加热量。

此外，可以代替换热器104而采用使来自废热源的排气与来自机门区域的气体非接触地热连通的其它类似结构。另外，文中所述的飞机机门区域也可以是飞机上需要额外加热的其它区域，例如餐车所在区域。

如上所述，借助本发明可以实现对机门区域有效地加热。以下对本发明的设计方案与现有技术中的利用传统电加热器对机门区域进行加热的方案进行比较。

一方面，根据现有技术，如果使用电加热器加热门区域，使用的电功率约为700-800w，而使用本发明，不存在较大的用电设备（传感器和控制器的用电可以忽略）。

另一方面，关于重量问题，传统方案和本发明方案的共同部件至少为排气管路、机门区域通风管路等。由于门区域靠近电子设备排气管路的距离很近，所以这两个方案中的管路长度相差不大。两个方案不同的设备为：传统的方案使用电加热器，本发明使用热管换热器，两者的重量均在1kg-2kg之间。因此，重量上两者差别不大。

此外，由于飞机常用的低压空气管路都具备绝热层，并且如上所述由于门区域与电子设备排气管路的距离很近，管路的长度也很短。因此，管路的热损失应该不是影响系统性能的重要因素。

综合电功率和重量考虑，本发明相比较于传统电加热器方案具备节省功率的优势。

尽管已参照其示例实施例描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，可在不偏离本发明范围的条件下进行各种改变并且用等同构件来替换本发明的各构件。此外，可以作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的说明，而不脱离本发明的实质范围。因此，本发明并不局限于为实施本发明而被考虑作为最佳模式所披露的具体实施例，而本发明会包括所有落入所附权利要求范围的所有实施例。

Claims (12)

1.一种用于机门区域的加热系统，所述加热系统包括加热源、从所述加热源延伸的管路以及传热介质，其特征在于，所述传热介质为空气，所述管路用于将来自所述加热源的热量借助所述传热介质供给到所述飞机机门区域，从而在所述机门区域附近主要形成热对流，以对所述飞机机门区域进行加热，其中，所述加热源来自飞机上的废气或排气。

2.如权利要求1所述的加热系统，其特征在于，在所述加热系统中，所述加热源是电子设备舱排气。

3.如权利要求2所述的加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括换热器（101），来自所述电子设备舱的排气作为热流经过管路引入所述换热器（101）内，然后，使来自所述机门区域或者来自客舱通风空气的冷流与来自所述电子设备舱的热流在所述换热器（101）内进行换热，从而使所述冷流的温度上升并将其送回到飞机机门区域。

4.如权利要求3所述的加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括风扇（102），所述风扇（102）将所述机门区域的空气或来自客舱的通风空气作为冷流经过管路送入所述换热器（101）内。

5.如权利要求4所述的加热系统，其特征在于，在所述机门区域内或附近布置有至少一个温度传感器，当所述机门区域的温度低于第一限值时，打开所述风扇（102）对所述机门区域进行加热，当所述机门区域的温度高于第二限值时，关闭所述风扇（102）以停止所述机门区域加热，所述第二限值高于或等于所述第一限值。

6.如权利要求5所述的加热系统，其特征在于，所述加热系统在两种模式下工作，当所述机门区域的温度低于第三限值时，所述加热系统处于快速加热模式，所述风扇（102）以最大转速运行，当所述机门区域的温度高于或等于所述第一限值时，所述加热系统进入正常加热模式，所述风扇（102）以低于所述最大转速的额定转速运行，所述第三限值低于所述第一限值。

7.一种用于机门区域的加热方法，所述加热方法包括：

提供加热源、从所述加热源延伸的管路以及传热介质，其中，所述传热介质为空气；其特征在于，

通过所述管路将来自所述加热源的热量借助所述传热介质供给到所述机门区域；

在所述机门区域附近主要形成热对流，以对所述机门区域进行加热，

其中，利用飞机上的废气作为所述加热源。

8.如权利要求7所述的加热方法，其特征在于，将电子设备舱排气作为所述加热源。

9.如权利要求7所述的加热方法，其特征在于，还提供换热器（101），将来自所述电子设备舱的排气作为热流经过管路引入所述换热器（101）内，然后，使来自所述机门区域或者来自客舱通风空气的冷流与来自所述电子设备舱的热流在换热器（101）内进行换热，从而使来自所述冷流的气体温度上升并使其送入到所述机门区域。

10.如权利要求9所述的加热方法，其特征在于，还提供风扇（102），所述风扇（102）将所述机门区域的空气或来自客舱的通风空气作为冷流经过管路吸入所述换热器（101）内。

11.如权利要求10所述的加热方法，其特征在于，在所述机门区域内或附近布置有至少一个温度传感器，当所述机门区域的温度低于第一限值时，打开所述风扇（102）对所述机门区域进行加热，当所述机门区域的温度高于第二限值时，关闭所述风扇（102）以停止所述机门区域加热，所述第二限值高于或等于所述第一限值。

12.如权利要求10所述的加热方法，其特征在于，所述加热方法在两种模式下工作，当所述机门区域的温度低于第三限值时，所述加热系统处于快速加热模式，所述风扇（102）以最大转速运行，当所述机门区域的温度高于或等于所述第一限值时，所述加热系统进入正常加热模式，所述风扇（102）以低于所述最大转速的额定转速运行，所述第三限值低于所述第一限值。

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