一种飞机防高温的消毒灭菌空调系统

1.本发明涉及飞机配套设备领域。具体而言，涉及一种飞机防高温的消毒灭菌空调系统。


背景技术：

2.随着人民生活水平的提高，飞机作为大型的快速交通工具在旅行、运输等应用中占据重要角色；然而飞机在大多数的使用过程中，都处于一个密闭空间状态，舱内的空气调节系统在半数时间都利用了原舱内空气进行净化等处理后，重新输出到机舱内；因为对于空调系统是否能保持并输出合乎卫生条件的空气环境，关乎到飞机上乘客和乘务人员的人身健康问题。
3.随着近年来流行病频发，尤其涉及呼吸道的传染性流行病的主要传播渠道就是空气，因此作为其中一种密封空间，飞机舱亦成为需要重点管控和处理空气问题的其中一个环境。目前的主流民用客机主要采用机载空调系统为50：50的混合空气配比供气系统；该类型供气系统50％的混合气体来自舱外空气，包括发动机吸入空气；其余部分则为舱内再循环空气。虽然原有空调系统已具备一定的过滤装置和过滤环节，但目前还是基于常规空气条件进行净化处理，并未能针对带有传染病菌类进行有效过滤、杀灭从而实现净化。
4.查阅相关地已公开技术方案，公开号为jp2016120007(a)的技术方案提出一种利用臭氧和等离子发生器清洁和消毒循环管路的技术方案，其中包括出管道内释放带臭氧或等离子清洁功能的清洁流体，配合能够在管道内活动的清洁器完成对管道的清洁和消毒；公开号为us2014319382(a1)提出一种利用持续电场维持等离子体流的方式，对气体或固体表面进行消毒的方案，可用于消毒管道内壁的环境；公开号cn105444301a的技术方案提出一种在室内创造含氧离子以及药物雾化空气的方法，净化室内空气。以上技术方案主要应用于家庭或小型空间，对于如飞机这种特殊应用环境应用，目前尚未能有效提出有效的整体解决方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种飞机防高温的消毒灭菌空调系统，所述空调系统包括至少一个净化段，其中包括：电极部分、供电部分以及壳体；所述电极部分包括至少一个电极模块；所述电极模块包括多个单元电极；所述单元电极以正六边形组合包围后，形成两端开口的电离段；通过对所述单元电极施加电压使通过所述电离段的空气产生等离子态从而具有净化空气效果；并且通过控制对不同的所述单元电极组合施加不同的工作电压，以及配置具有不同介电常数的电极材质在所述单元电极中，从而改变对空气净化的效果；并且进一步的，所述净化段包括引入空调系统中的冷空气，对所述净化段的供电部分进行冷却。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种飞机防高温的消毒灭菌空调系统，所述空调系统包括至少一个净化段；所述
净化段包括：
8.电极部分、供电部分以及壳体；
9.所述电极部分包括至少一个电极模块；
10.所述供电部分包括：升压变压器、连接电路；所述升压变压器与每一个所述电极模块通过所述连接电路耦接；
11.可选地，所述电极模块包括多个正六边形的单元电极组；所述单元电极组由六个单元电极以正六边形组合包围，所围成的空间为电离段；所述电离段在第一方向上的两个端口开放，使气体从所述电极部分的入口端进入所述电离段，沿第一方向通过所述电离段，并从所述电极部分的出口端流出；
12.可选地，所述单元电极组中，相对的两个所述单元电极其中一个为高压极，则另一个为接地极，由此所述单元电极组中分别形成在a、b、c方向上的三对电极；所述升压变压器对所述高压极施加电压，使气体在流过所述电离段时产生等离子体；
13.可选地，所述供电部分包括冷却风道；所述冷却风道的入口接入飞机空调系统的涡轮出口，利用冷却后的空气对所述供电部分进行散热；所述冷却风道的出口接入机舱的抽气管道，与从机舱抽出的空气一并进入管道的循环；
14.可选地，所述壳体包裹并保护所述电极部分以及所述供电部分；所述壳体的材质为金属；所述壳体还包括用于连接空调系统风路的接合部分，用于使所述净化段接入空调系统风路的管道段中；
15.可选地，所述单元电极包括电极基体以及内嵌于所述电极基体内部的导电薄膜；其中所述电极基体为陶瓷材料；
16.可选地，所述单元电极沿第一方向分为初段电极以及次段电极；所述初段电极与所述次段电极的所述电极基体材料采用不同的陶瓷材料，并且所采用的不同的陶瓷材料具有不同的介电常数，从而针对所述电离段的空气中的不同物质产生等离子化作用，提高等离子化效果；
17.可选地，所述空调系统包括根据空气流量控制所述供电部分对a、b、c三对单元电极中的一对、两对或三对施加电压，从而调节所述净化段的功耗。
18.本发明所取得的有益效果是：
19.1.本发明的空调系统基于原有空调系统进行改造，包括有效利用原有的舱内抽气管道、冷却空气管道等，有效利用原有设备和管道材料，降低了使用和配备成本；
20.2.本发明的空调系统基于等离子体对循环空气进行杀毒、除味和净化，无需加入化学特质，减少可能对空气造成的二次污染；
21.3.本发明的净化段部分可应用于大流量空气处理，并且能够根据空气的流量和污染程度作出净化强度的调节，有效平衡了能效比和净化效果；
22.4.本发明的软件部分和硬件部分均可作模块化设计，能适用于未来对单个模块的更换或升级改造，有效保证了使用和维护成本。
附图说明
23.从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
24.图1(a)为本发明所述电极模块的横断面示意图；
25.图1(b)为本图1(a)中a-a
′
截面的示意图；
26.图2为本发明一般飞机空调系统的布局原理示意图；
27.图3为本发明飞机空调系统的温度动态调整过程示意图；
28.图4为本发明一种实施例中空调系统风路布局方式；
29.图5为本发明一种实施例中所述电极模块的截面示意图；
30.图6为本发明一种实施例中所述净化段的结构示意图。
31.附图中标号说明：1-机舱；10-发动机气路；11-主管路；12-温度调节旁路；20-冲压气路；30-舱内回收气路；40-输出气路；50-冷却旁路；100-飞机发动机；110-一级换热器；111-压缩机；112-次级换热器；113-涡轮；118-混合器；300-净化段；401-电极基体；402-导电薄膜；501-入口端；502-出口端；601-电极部分外壳；602-供电部分；603-电极部分；604-过滤部分。
具体实施方式
32.为了使得本发明的目的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
33.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
34.实施例一：
35.如附图2所示，描述常规的飞机空调系统的原理图；其中飞机发动机100吸入外界的空气进入发动机气路10，发动机气路10的空气为高温空气；其中，部分高温空气进入主管路11，依次通过一级换热器110、压缩机111、次级换热器112、涡轮113进行热交换并降压后获得0到-5℃的冷空气；从涡轮113处输出的冷空气在混合器118处，与舱内回收气路30的再循环空气进行混合后，供往输出气路40；
36.另一方面，部分高温空气通过发动机气路10后分配到温度调节旁路12；温度调节旁路12直接引入发动机气路10的高温空气，并且输出到混合器118，使混合器118中的混合空气中原有较低温度的空气，可以根据预设温度进行调节，从而最终获得温度在18至25℃的适合人类呼吸的空气；
37.其中，空调系统中还包括冲压气路20；冲压气路采用由高空中吸入的冷空气，通过风机加速加压后，输出到一级换热器110以及次级换热器112，用于对这两级换热器进行降温；
38.其中关于温度的变化，如附图3所示，以客舱的起始温度比空调设定温度更高时为例，因为存在热交换和舱内再循环，所以最后混合气体温度与实际温度有一定差值，以动态维持客舱温度；
39.基于当前空调运行的原理，舱内回收气路30是直接在混合器118中混合后，再供给机舱；虽然在从机舱抽出空气时，会进行基本的过滤、除味处理，但该过滤处理工序一般仅针对于空气大颗粒物，而对病毒、细菌的隔离效果甚微，不利于机舱内空气保持足够的卫生程度；
40.由此，在一个实施方式中，所述空调系统基于常规空调系统作出优化和改造：
41.本实施例中包括一种飞机防高温的消毒灭菌空调系统，所述空调系统包括至少一个净化段；所述净化段包括：
42.电极部分、供电部分以及壳体；
43.所述电极部分包括至少一个电极模块；
44.所述供电部分包括：升压变压器、连接电路；所述升压变压器与每一个所述电极模块通过所述连接电路耦接；
45.其中，所述电极模块包括多个正六边形的单元电极组；所述单元电极组由六个单元电极以正六边形组合包围，所围成的空间为电离段；所述电离段在第一方向上的两个端口开放，使气体从所述电极部分的入口端进入所述电离段，沿第一方向通过所述电离段，并从所述电极部分的出口端流出；
46.其中，所述单元电极组中，相对的两个所述单元电极其中一个为高压极，则另一个为接地极，由此所述单元电极组中分别形成在a、b、c方向上的三对电极；所述升压变压器对所述高压极施加电压，使气体在流过所述电离段时产生等离子体；
47.可选地，所述供电部分包括冷却风道；所述冷却风道的入口接入飞机空调系统的涡轮出口，利用冷却后的空气对所述供电部分进行散热；所述冷却风道的出口接入机舱的抽气管道，与从机舱抽出的空气一并进入管道的循环；
48.可选地，所述壳体包裹并保护所述电极部分以及所述供电部分；所述壳体的材质为金属；所述壳体还包括用于连接原空调系统风路的接合部分，用于使所述净化段接入原空调系统风路的管道段中；
49.可选地，所述单元电极包括电极基体以及内嵌于所述电极基体内部的导电薄膜；其中所述电极基体为陶瓷材料；
50.可选地，所述单元电极沿第一方向分为初段电极以及次段电极；所述初段电极与所述次段电极的所述电极基体材料采用不同的陶瓷材料，并且所采用的不同的陶瓷材料具有不同的介电常数，从而针对所述电离段的空气中的不同物质产生等离子化作用，提高等离子化效果；
51.可选地，所述空调系统包括根据空气流量控制所述供电部分对a、b、c三对单元电极中的一对、两对或三对施加电压，从而调节所述净化段的功耗；
52.如附图1(a)和图1(b)示意性地显示了本实施例中所述电极模块的部分的示意图；其中附图1(a)是正交于第一方向(即气体通过方向)的截面示意图；图1(b)是沿图1(a)所示的线a-a'截取的截面的截面图，并且示意性地表示相邻的三个单位电极的剖视图；
53.其中，如附图1(b)，在一个截面a-a'上，所述单元电极以间隔h分层层叠，第一方向
x为气体通过方向；空气从入口端501进入，并在出口端502流出，在入口端501到出口端502之间的，由所述单元电极组包围的空间即为所述电离段；
54.向多个所述单元电极施加电压，使进入所述电离段的空气在高压高频的电场作用下，产生活性种、自由基和离子，从而促进气体的反应和分解；细菌等有害物质通过所述电离段时，被高能量的自由基氧化而杀死；同时甲醛等高分子有机物也被高能量的自由基氧化分解成水和二氧化碳；部分电离的空气在电场力的作用下被加速而碰撞其他粒子，并使其带上电荷；空气在持续通过所述电离段的过程中，大部分的灰尘、细菌都带上电荷；在电场力的作用下，带电颗粒最终在带相反电荷的所述接地极被吸附；而清洁后的空气在电荷被中和之后，保持其动能而继续前进，并离开所述电离段，重新进入循环管路；
55.当向所述单元电极施加电压时，各个单元电极交替地连接到电源侧和接地侧；即如附图1(b)中，当单元电极a1为高压极时，则单元电极a2为接地极，单元电极a3为高压，以此类推；
56.再转到附图1(b)，优选地，与单元电极a1相邻的单元电极b1和单元电极c1均设定为高压极；而相对的，与单元电极a2相邻的单元电极b2和单元电极c2均设定为接地极；
57.基于以上类似蜂巢形状的所述电极模块由几何计算可得，正六边形是具有极高稳定性的几何形状，在经受震动、挤压或者热膨胀时，能够保持足够的形状稳定；并且，正六边形对于电极材料的总利用率较高，有效降低了材料使用量；同时六边形的所述电离段对气体具有整流作用，因此可降低空气流过时的紊流效应，相对地提高了空气流量以及降低了因紊流效应产生的噪音；
58.本实施例中，利用所述电离段，可以处理以下空气中的物质：细菌、细菌孢子、病毒、真菌、生物膜等，有效实现了舱内空气的生物净化；
59.进一步的，如附图4所示，所述净化段300接入到所述回收气路30中，并且从涡轮113出口处设置冷却旁路50，从涡轮113引出部分冷空气，进入冷却旁路50后，接入所述净化段的所述供电部分的所述冷却风道；利用所述冷却旁路的冷空气，辅助所述供电部分的冷却，保证了高频高压工作的电气元件的安全；
60.进一步的，所述供电部分包括的所述升压变压器及所述连接电路均安全地放置固定性所述壳体内；并且要求所述壳体含有接地端，防止高压电路发生泄漏时，发生相关意外。
61.实施例二：
62.本实施例应当理解为至少包含前述任意一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进；
63.见附图5中，展示了所述单元电极的内部结构，其中所述单元电极之间的间距h优选地为0.5至2mm范围之内，更优选地为1.0至1.5mm范围之内；根据风道测试以及净化效率测试，若间距h小于0.1mm，气体通过时压力损失将会增加，不利于风道的流量保持；而间距h超过2mm后，等离子体的强度明显下降，影响了空气净化的效果；
64.进一步的，所述单元电极包括所述电极基体401以及内嵌于所述电极基体401内部的导电薄膜402；优选地，构成所述导电薄膜402的厚度为0.02至0.5mm范围之内；为实现所述净化段的小型化设计，以及考虑到尽可能提高所述净化段的空气流量，减小空气阻力，因此需要尽可能降低所述单元电极的厚度；
65.优选的，在所述导电薄膜采用含有导电性优异的金属作为主要成分，包括选自包含银、铜、铂、钯、钨、铬、钛、锆、镍组成的至少一种金属或者其中多种元素的合金；
66.优选的，所述导电薄膜402通过涂布工艺涂覆到所述电极基体401上；优选的涂布方法的具体实例可以包括印刷、辊涂、喷涂、静电涂布等方式；进一步的，采用涂布工艺涂覆所述导电薄膜402，使其在所述电极基体401表面具有足够的表面平滑性，且厚度均匀；
67.优选地，将作为所述导电薄膜402的主要成分的金属粉末、有机粘合剂、溶剂、防凝剂等，以适合比例混合，形成导体浆料；通过涂覆工艺将混合的导体浆料涂覆到所述电极基体401上，从而可以形成所述导电薄膜402；为了提高所述导电薄膜402与所述电极基体401的密合性和烧结性，可以根据需要在上述导体浆料中添加添加剂；
68.最后，在完成所述导电薄膜402涂覆的所述电极基体401上，再次覆盖另一层电极基体401，并从所述导电薄膜402中引出导线作为耦接所述连接电路的连接端，从而完成整体的中间包裹有所述导电薄膜402的所述电极基体401；进一步的，可以对整体的所述电极基体401进行切割，从而形成预定规格的所述单元电极；
69.另一方面，构成所述电极基体401的陶瓷材料除作为所述导电薄膜402的承载基底外，还需要作为电介质材料的功能；当所述导电薄膜402设置在所述电极基体401的内部时，比仅单面设置在所述电极基体401的表面相比，对气体的整体电离效果更均匀；此外，由于存在电介质材料，因此限制了在一对所述单元电极之间通过的电流，从而可以产生温度不升高且能量消耗少的非热等离子体，有效提高了所述净化段的使用寿命；
70.优选地，所述电极基体401的陶瓷材料包含高介电常数材料作为主要成分，可选地包括使用氧化铝、氧化锆、氧化硅、莫来石、堇青石、钛钡系氧化物、镁钙钛系氧化物、钡钛锌系氧化物、氮化硅、氮化铝等；优选地，在这些材料中适当地选择适合于产生具有有利于各组分反应的强度的等离子体的材料，并将它们组合以构成单元电极；此外，通过使用还具有优异耐热冲击性的材料作为主要成分，等离子体产生电极也可以在高温条件下工作；
71.优选地，所述电极基体401的介电常数为在10f/m至25f/m的范围内选择；并且所述电极基体401的厚度范围在0.2mm至2mm之间；若厚度太小，则所述电极基体401的刚性太弱容易损坏，并且相邻的一对所述单元电极之间的电绝缘性较差；若大于2mm，则使最终的所述单元电极的总厚度达到4mm或以上，占用的材料过多而且有碍所述电极模块的小型化实施；
72.进一步的，所述电极基体401的陶瓷材料的孔隙率为1％至10％范围之内，使所述一对单位电极之间能够高效地产生等离子体，从而减小电能损耗，有利于提高所述空调系统的整体能耗比；
73.进一步的，包括在一个所述单元电极的所述导电薄膜402，组合使用两种陶瓷材料；如附图6所示，在第一方向上，所述导电薄膜402包括402a段以及402b段；并且402a段离所述入口端501较近，相对的，402b段离所述入口端501较远；其中，402a段配置为介电常数低的陶瓷材料，例如介电常数为12f/m的氮化铝；402b段配置为介电常数高的陶瓷材料，例如介电常数为镁钙钛系氧化物；
74.当待处理的空气从入口端501进入并通过所述单极模块时，空气中较小的分子能量较小的等离子体分解；当待处理空气通过402b段区域时，需要具有较大反应能量的等离子体的材料，例如大颗粒污染物，被强等离子体e1分解；在使被处理流体通过产生等离子体
的空间的情况下，能够有效地处理被处理流体中含有的多个规定成分；通过使待处理的流体仅通过一次，即可完成空气的净化和消毒处理；
75.可选地，所述净化段可同时安装于多个舱内回收气路；同样地，所述净化段可安装到混合118的输出端口后段，用于对即将进入机舱内的空气作进一步净化。
76.实施例三：
77.本实施例应当理解为至少包含前述任意一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进；
78.如附图6所示，为所述净化段的一种实施方式；
79.所述净化段中，包括金属制的外壳601保护并固定所述电极部分在其内部；所述入口端501接入所述舱内回收气路30，并且优选地，在所述舱内回收气路30的出口位置安装离心风机、抽气机等负压设备，用于控制舱内回收空气的流量和开关时间；所述入口端501包括采用螺丝、卡钳、快速气门锁等设置，用于连接到原有的所述舱内回收气路30适当位置，而无需重新对管路进行切割、焊接或者拓宽口径的加工手段；
80.进一步的，所述供电部分在一种实施方式中，固定于所述外壳的一侧，如附图6中所示所述供电部分602；其中所述供电部分602由绝缘外壳包裹并保护，优选地采用高强度绝缘塑料，以保证其保护性和绝缘性；其中，所述供电部分包括至少一个所述冷却风道的接口701；所述接口701耦接到所述冷却旁路50中，从所述涡轮机113所输出的冷空气中引出部分流量，从而实现对所述供电部分602的冷却；
81.可选地，所述电极部分603的后段包括过滤部分604；所述过滤部分进一步采用物理过滤组件，例如活性炭过滤棉、合成纤维过滤棉、无纺布过滤棉、玻璃纤维过滤棉对通过所述电极部分603处理后所沉淀或依赖于管道内的颗粒物进行隔离和截止；并且所述过滤部分604中的过滤组件，通过周期性更换，保证其工作的有效性。
82.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
83.虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
84.在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
85.综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明
的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。