CN116733065A - 用于以用户压力储存液体的缓存器、供水系统以及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以用户压力储存液体的缓存器。缓存器包括用于容纳液体和气体的储存容积。储存容积可以被分隔元件分隔成用于容纳液体的液体隔室和用于容纳气体的气体隔室。加压器件被配置成当液体从储存容积中排出或已经排出时，将储存容积中气体的压力增加至操作压力。排放器件在储存容积充入液体时将储存容积中气体的压力降低回到操作压力。此外，描述并要求保护一种包括缓存器的用于飞行器的供水系统以及一种包括这样的供水系统的飞行器。

Description

用于以用户压力储存液体的缓存器、供水系统以及飞行器

技术领域

本发明涉及一种用于以超过环境压力的用户压力储存液体的缓存器。本发明进一步涉及一种包括缓存器的用于飞行器的供水系统以及一种包括具有缓存器的供水系统的飞行器。

背景技术

EP 3 385 163 A1披露了一种具有高压水供应和分配系统的飞行器。该供应和分配系统包括储水箱、至少一个加压器件和至少一个用户设备。导管系统从储水箱经由加压器件向用户设备供应水。导管系统在加压器件与用户设备之间采用最大内直径为8mm或更小的柔性导管。与现有的刚性管道相比，柔性导管明显更容易安装，因为它们不需要以恒定的斜度安装来进行排水，需要较少的空间和规划，并且还较不易于因水冻结导管而造成损坏。此外，柔性导管的重量也更低。

然而，为了将水从中央储水箱通过窄的柔性导管输送至用户，典型地需要比常规供水系统中更高的压力。此外，有限的流率可能使得需要在用户设备处设置水缓存器，水缓存器以比提供给缓存器本身的流率更高的流率向用户设备供应水。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于向飞行器上的一个或多个用户设备供应水的缓存器。进一步的目的是提供一种包括缓存器的用于飞行器的供水系统以及一种包括具有缓存器的供水系统的飞行器。

本发明的目的通过如下所述的缓存器、供水系统以及飞行器来实现。下文还进一步描述了本发明的优选实施例。

在第一方面，本发明涉及一种用于以超过环境压力的用户压力储存液体的缓存器。缓存器包括用于容纳液体和气体的储存容积、用于增加气体隔室中气体的压力的加压器件、以及用于降低气体隔室中气体的压力的排放器件。加压器件被配置成当液体从储存容积中排出或已经排出时，将储存容积中气体的压力增加至操作压力，或者将储存容积中气体的压力保持在操作压力。排放器件被配置成当液体隔室充入液体时，将储存容积中气体的压力降低回到操作压力，或者将储存容积中气体的压力保持在操作压力。

换言之，缓存器包括用于容纳应当以用户压力提供的液体、以及气体的储存容积。储存容积中的气体与液体之间的界面可以是自由表面或将两种流体分开的分隔元件。在优选实施例中更详细地描述了具有分隔元件的缓存器。在没有设置分隔元件的情况下，液体与气体之间的界面是由重力形成的自由表面。在这种情况下，在气体与液体的界面处气体的压力是相等的，因此，操作压力和用户压力也是相等的。

当储存容积中气体的压力增加时，液体的压力也增加。相应地，当液体的压力降低时，储存容积中气体的压力也降低。这还意味着，当通过将液体从储存容积中排出而减少储存容积中液体的量或体积时，储存容积中气体的体积增加并且气体的压力下降。因此，储存容积中液体的压力也下降。另一方面，当向储存容积中充入液体时，即，当储存容积中水的量增加时，储存容积中气体的体积减小，并且储存容积中气体的压力上升，这使得储存容积中液体的压力上升。

缓存器被配置成以高于环境压力的用户压力向用户设备(比如飞行器厕所中的马桶冲洗装置或水龙头)提供液体、特别是水。环境压力是缓存器周围的空气的压力。例如，在地面上的通风的飞行器中，环境压力可以是大气压力。然而，当飞行器在飞行中并且飞行器的机舱被加压时，环境压力是机舱压力。用户压力可以是例如2.8巴。

液体以用户压力储存在缓存器的液体隔室中。由于储存容积中的压力(即，缓存器的液体压力)与储存容积中气体的压力(即，缓存器的气体压力)是相关的，所以当储存容积中的液体处于用户压力时，储存容积中的气体处于操作压力。操作压力可以是例如2.8巴。

为了以恒定压力供应水，缓存器包括加压器件和排放器件。加压器件被设置成通过将额外的气体泵入储存容积中来增加储存容积中气体的压力。加压器件被配置成例如当储存容积中的压力下降到低于操作压力或充注压力时增加储存容积中的压力。例如，当液体从缓存器的储存容积移除并且因此气体的压力下降时，加压器件被启用并且增加气体压力直到其达到操作压力。

另一方面，当缓存器的储存容积充入液体时，例如，来自高压供水系统的高压级的水，储存容积中的气体被压缩，使得气体压力增加并超过操作压力。因此，液体压力也上升到高于用户压力。为了使气体压力降低回到操作压力，排放器件被设置成从储存容积中排放气体，使得缓存器中的气体压力降低回到操作压力，这使得液体的压力也降低回到用户压力。

缓存器是特别有利的，其原因有多个。首先，缓存器能够以预定的用户压力向用户设备提供液体，比如水。因此，缓存器可以放置在用户设备上方、下方或竖直地邻近用户设备，因为缓存器不依赖于重力来向用户设备提供水。

进一步地，与使用泵将液体从缓存器泵送到用户设备的缓存器相比，本设计更节省功率且重量更轻。例如，现有技术中的在飞行器厕所中的马桶冲洗装置是脉冲流的典型应用，其中流率为大致9l/min持续约1.2s。两次马桶冲洗之间的理论最短时间为约8s。缓存器中的水泵需要能够供应9l/min的流率，即，必须在1.2s内供应大约0.18l水。相比之下，在根据本发明的缓存器中，用于马桶冲洗的水主要由缓存器的储存容积中的残余气体压力提供。因此，加压器件可以以相当低的流率操作。取决于实施方式，可以例如，在马桶冲洗装置可以进行第二次操作之前，即，在上述示例中在约8s之后，使气体压力回到操作压力就足够了。然而，流量要求降低的加压器件意味着可以有利地降低重量和功率消耗。

在优选实施例中，储存容积被分隔元件严密地分隔成用于容纳液体的液体隔室和用于容纳气体的气体隔室。因此两个隔室在缓存器的壳体内部限定了储存容积的用于容纳液体和气体的相应部分。

优选地使用分隔元件，因为其明确地将气体与液体分开。因此，气体无法从气体隔室进入液体分配系统，并且液体无法进入供应气体的加压器件或排放器件。分隔元件将气体隔室与液体隔室严密地分开，即，液体无法从液体隔室流动穿过分隔元件进入气体隔室，并且气体无法从气体隔室流动穿过分隔元件进入液体隔室。进一步地，膜是柔性的或可移动的，使得隔室之一的容积可以通过减小另一个隔室的容积而增加。分隔元件可以例如由气囊或气球形成，其中气囊的内部形成隔室之一，而另一隔室例如由缓存器的壳体和气囊的外表面限定。

在使用分隔元件的情况下，分隔元件优选地是柔性的，以在其与储存容积中的气体和液体的界面上具有大致相同的压力。因此，当气体隔室中的压力增加时，液体隔室中的压力也增加。相应地，当液体隔室中的压力降低时，气体隔室中的压力也降低。进一步地，这还意味着当通过将液体从液体隔室中排出而减少液体隔室中液体的量或体积时，气体隔室中气体的压力下降，并且液体隔室中液体的压力也下降。另一方面，当向液体隔室充入液体时，气体隔室中气体的体积减少，并且气体隔室中气体的压力上升，这使得液体隔室中的压力上升。

在优选实施例中，缓存器包括用于操作加压器件的控制器件、以及布置在气体隔室中并且通信连接到控制器件的压力传感器。控制器件被配置成当由压力传感器测量的压力低于操作压力时操作加压器件以将气体隔室中的压力增加至操作压力。

因此，在优选实施例中，设置用于基于从压力传感器接收的信号控制加压器件的操作的控制器件，例如集成电路(比如微控制器、微处理器或专用集成电路(ASIC))。压力传感器测量缓存器的气体隔室中的气体压力。当气体隔室中的压力下降到低于操作压力(例如，2.8巴)或充注压力(例如，2.5巴)时，控制器件启用用于向缓存器的气体隔室充入气体的加压器件。此外，当压力传感器报告气体压力已经达到操作压力时，控制器件优选地停止通过加压器件充注气体隔室。

在优选实施例中，加压器件是泵、特别是隔膜泵。隔膜泵是特别优选的，因为其防止气体从气体隔室回流。示例性隔膜泵可以使用小于30W的功率提供在2.8巴下大致1.7l/min的气体流量。相应的隔膜泵是市售的，其重量小于250g。

在优选实施例中，排放器件是泄压阀，泄压阀被调节以防止气体隔室中的压力超过操作压力。例如，当气体压力超过2.8巴时，泄压阀可以被调节为打开。

在替代性优选实施例中，加压器件和排放器件由同一装置形成，即，可以想到使用同一泵来充注气体隔室以及将气体从气体隔室移除。

在优选实施例中，缓存器被配置成使得液体可以从缓存器的液体隔室排出的速率超过可以使用加压器件向缓存器的气体隔室供应气体的最大气体供应速率，使得当液体以超过最大气体供应速率的速率从液体隔室排出时，气体隔室中气体的压力下降到低于操作压力，并且仅当不再有液体从液体隔室排出时，可以使用加压器件将气体隔室中气体的压力增加回到操作压力。根据优选实施例的缓存器是特别有利的，因为向缓存器的气体隔室供应气体的加压器件不需要提供与水泵相等的流率便可实现相同的液体流率。因此，可以减小装置的重量和功率消耗。

在第二方面，提供了一种用于飞行器的供水系统。供水系统包括中央水箱、多个用户设备、将中央水箱连接到多个用户设备的导管系统、以及至少一个根据前述实施例中任一实施例的缓存器，其中，液体是水，并且气体是空气。多个用户设备中的至少一个用户设备与该至少一个缓存器中的缓存器相关联。至少一个缓存器被配置成以用户压力向每个相关联的用户设备提供水。供水系统进一步包括中央加压器件，该中央加压器件用于以超过用户压力的压力从中央水箱向至少一个缓存器的液体隔室给送水。

供水系统的优点对应于其中所使用的缓存器的实施例的优点。

在另一方面，提供了一种包括根据前述实施例中任一实施例的供水系统的飞行器。飞行器的优点对应于其中所使用的缓存器的实施例的优点。

附图说明

随后，将参照附图进一步详细地描述本发明，在附图中，

图1示出了缓存器的示例性实施例的示意图，

图2示出了包括缓存器的示例性实施例的供水系统的示例性实施例的示意图，以及

图3示出了飞行器的示例性实施例的示意图，该飞行器具有包括缓存器的示例性实施例的供水系统的示例性实施例。

在所有附图中，相似的元件用相似的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了缓存器1的示例性实施例，该缓存器用于以用户压力向用户设备提供呈水的形式的液体。用户设备本身未在图1中示出。然而，示出了将缓存器1连接到用户设备的用户供应线路2。缓存器1包括限定用于容纳液体和气体的储存容积4的壳体3。在该示例性实施例中，储存容积4被分隔元件5分隔成用于在储存容积4中容纳水的液体隔室6和用于在储存容积4中容纳空气的气体隔室7。

分隔元件5将液体隔室6与气体隔室7密封隔开，由此形成防止水进入气体隔室7的屏障。同样地，防止气体从气体隔室7向液体隔室6流动。分隔元件进一步被配置成使得可以通过减小气体隔室7的容积而增大液体隔室6的容积，反之亦然。进一步地，气体隔室7中空气的压力与液体隔室6中水的压力成正相关。因此，当气体隔室7中空气的压力上升时，液体隔室6中水的压力也上升。由于液体隔室6中水的压力与气体隔室7中空气的压力成正相关，所以当水以用户压力容纳在液体隔室6中时，空气以操作压力容纳在气体隔室7中。分隔元件5由柔性膜形成，使得气体沿膜的压力和水沿膜的压力大致相等。

水应当以超过环境压力的用户压力从缓存器1供应。在缓存器1用于飞行器上的情况下，环境压力对应于机舱压力。当飞行器在地面上并且机舱通风时，机舱压力对应于大气压力。然而，当飞行器在飞行中并且机舱被加压时，机舱压力并且因此环境压力可能高于大气压力。

缓存器1进一步包括呈隔膜泵9形式的加压器件8。加压器件8经由气体开口10连接到储存容积4的气体隔室7，并且可以被操作以向气体隔室7供应空气。在图1示出的示例性实施例中，隔膜泵9可以以1.7l/min的流率和2.8巴的压力向储存容积4供应空气。隔膜泵9的功率消耗小于30W，并且其重量小于250g。使用隔膜泵9作为加压器件8具有本质上防止空气从气体隔室7回流的优点。加压器件8用于当水已经从液体隔室6排出时向气体隔室7供应空气，以使气体隔室7中的压力回到操作压力。

为此，气体压力传感器11是缓存器1的一部分，气体压力传感器测量储存容积4的气体隔室7中空气的压力。压力传感器11通信连接到控制器件12，该控制器件经由控制线路13尤其控制加压器件8的操作。在图1示出的示例性实施例中，控制器件12是微控制器，其被配置成从压力传感器11读取值并且控制隔膜泵9的操作。当由压力传感器11感测到的气体隔室7中的压力达到充注阈值时，控制器件12启动隔膜泵9，该充注阈值可以例如比操作压力低0.3巴，即，当操作压力为2.8巴时，充注阈值为2.5巴。因此，当由压力传感器11测量的压力下降到低于2.5巴时，隔膜泵9被控制器件12启动。

此外，当由压力传感器11测量的缓存器1的气体隔室7中的压力达到操作压力时，控制器件12关闭隔膜泵9。因此，在图1示出的实施例中，当气体隔室7中的压力达到2.8巴时，隔膜泵9关闭。

为了从缓存器1的气体隔室7释放空气，设置了呈减压阀15的形式的排放器件14。减压阀15也连接到储存容积4的气体开口10，使得图1示出的示例中的缓存器1仅包括用于使气体充入气体隔室7和使气体从气体隔室移除的一个开口。减压阀15被配置成当气体隔室7中的压力超过操作压力(例如，2.8巴)时自动打开。在图1的实施例中，减压阀15是被动装置，其在气体隔室7中的压力超过操作压力时自动打开，并且在气体隔室7中的压力处于或低于操作压力时自动关闭。

缓存器1进一步包括液体开口16，该液体开口被设置成向储存容积4的液体隔室6供应水并且从液体隔室6移除水。水从中央水箱(图1中未示出)供应到液体隔室6，并且因此供应到储存容积。然而，图1中示出了将缓存器1连接到中央水箱的线路17。线路17连接到缓存器1的液体开口16，并且包括用于控制从中央水箱供应水的充注阀18。

充注阀18的打开和关闭也由控制器件12控制。当水已经从储存容积4移除以用于向用户设备供应水时，控制器件12打开充注阀18，并且当液体隔室6已经充入水(例如，达到最大充注液位)时，控制器件关闭充注阀18。在图1示出的示例性实施例中，设置了两个充注液位传感器20、21。两个充注液位传感器20、21都通信连接到控制器件12。控制器件被配置成例如当液体隔室中的水位达到上充注液位传感器21时关闭充注阀18。当液位低于下充注液位传感器20时，充注阀18可以打开。包括在控制器件12中的冗余校验例如验证当启用较高液位传感器21时较低液位传感器20是否也被启用。

最后，在用户供应线路2中设置保护性释放阀22。保护性释放阀22被配置成使得当超过最大操作压力时打开。因此，保护设备免受由高水压引起的损坏，如果使用高压供水系统将水从中央水箱向缓存器1供应，则这是特别有用的。

图1示出的缓存器1操作如下：当例如通过打开用户设备处的阀而使连接到用户供应线路2的用户设备请求用水时，由于在储存容积4的气体隔室7中的加压气体，将水从储存容积4中推出从而被供应到用户设备。当储存容积4中的水位下降时，气体隔室7的容积并且因此储存容积增加，气体压力下降。一旦由压力传感器11感测到的压力下降到低于充注阈值，则控制器件12启用加压器件8，该加压器件向气体隔室供应空气以增加气体压力。当气体隔室中的压力达到操作压力时，加压器件8被控制器件12关闭。

在用户设备是例如飞行器厕所中的马桶的情况下，要由缓存器1提供的水流是脉冲式的。例如，现有技术中的马桶冲洗装置以大致9l/min的流率持续约1.2s吸入水。随后的多次马桶冲水间隔至少8s。因此，需要由缓存器1提供的流量是高脉冲式。由于缓存器1的气体隔室7中的残留气体压力优选地足以提供用于若干次马桶冲水的水，因此加压器件8不必以与从缓存器1移除的水的流量相同的流量来供应气体。因此，与用于从缓存器1提供水的设置在缓存器中的泵相比，加压器件8消耗更少的功率并且重量更轻。

图2示出了用于飞行器的供水系统23的示例性实施例的示意图。供水系统23包括中央水箱24，中央水箱经由低压管道25连接到高压水泵26，高压水泵经由高压导管系统28将水从中央水箱24向各个用户设备27a至27d提供。将用户设备27a至27d统称为用户设备27。每个用户设备27a至27d与图1示出的缓存器1a至1c相关联。使用附图标记1来共同标识缓存器1a至1c。用户设备27a是马桶冲洗装置，其与形成用户设备27b的洗手池布置在同一厕所(未示出)中。布置在同一厕所中的两个用户设备27a、27b由同一缓存器1a供应。另外两个用户设备27c、27d，即厨房中的水槽和蒸汽炉，由单独的缓存器1b和1c供应。关于缓存器1a至1c的细节，参考图1和相应的描述。

高压供水导管系统28由柔性导管29构成，柔性导管由内直径为例如4mm-6mm的塑料材料制成。缓存器1a至1c以例如2.8巴的用户压力储存水，在该用户压力下，水可以直接供应到用户设备27a至27d。

最后，图3示出了具有图2示出的供水系统23的示例性实施例的飞行器30的示例性实施例。关于供水系统23的细节，参考图2和相应部分的描述。

Claims (11)

1.一种用于以超过环境压力的用户压力储存液体的缓存器(1)，所述缓存器包括：

储存容积(4)，所述储存容积用于容纳液体和气体，

加压器件(8)，所述加压器件被配置成当液体从所述储存容积(4)中排出或已经排出时，将所述储存容积(4)中气体的压力增加至操作压力，或者将所述储存容积中气体的压力保持在所述操作压力，使得所述储存容积(4)中液体的压力增加至所述用户压力，以及

排放器件(14)，所述排放器件被配置成当所述储存容积(4)充入液体时，将所述储存容积(4)中气体的压力降低回到所述操作压力，或者将所述储存容积中气体的压力保持在所述操作压力，使得所述储存容积(4)中液体的压力降低至所述用户压力。

2.根据权利要求1所述的缓存器(1)，其中，所述储存容积被分隔元件(5)严密地分隔成用于容纳液体的液体隔室(6)和用于容纳气体的气体隔室(7)，其中，所述分隔元件(5)被配置成使得能够通过减小所述气体隔室(7)的容积而增大所述液体隔室(6)的容积，反之亦然。

3.根据权利要求2所述的缓存器(1)，其中，所述分隔元件(5)是膜或隔膜。

4.根据前述权利要求中任一项所述的缓存器(1)，其中，所述缓存器(1)包括用于操作所述加压器件(8)的控制器件(12)、以及布置在所述气体隔室(7)中并且通信连接到所述控制器件(12)的压力传感器(11)，其中，所述控制器件(12)被配置成当由所述压力传感器(11)测量的压力低于所述操作压力时操作所述加压器件(8)以将所述气体隔室(7)中的压力增加至所述操作压力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的缓存器(1)，其中，所述加压器件(8)是泵(9)、特别是隔膜泵(9)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的缓存器(1)，其中，所述排放器件(14)是泄压阀(15)，所述泄压阀被调节以防止所述气体隔室(7)中的压力超过所述操作压力。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的缓存器(1)，其中，所述加压器件(8)和所述排放器件(14)由同一装置形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的缓存器(1)，其中，所述气体是空气，并且所述液体是水。

9.根据前述权利要求中任一项所述的缓存器(1)，其中，所述缓存器(1)被配置成使得液体能够从所述缓存器(1)的液体隔室(6)排出的速率超过能够使用所述加压器件(8)向所述气体隔室(7)供应气体的最大气体供应速率，使得当液体以超过所述最大气体供应速率的速率从所述液体隔室(6)排出时，所述气体隔室(7)中气体的压力下降到低于所述操作压力，并且仅当不再有液体从所述液体隔室(6)排出时，能够使用所述加压器件(8)将所述气体隔室中气体的压力增加回到所述操作压力。

10.一种用于飞行器(30)的供水系统(23)，所述供水系统包括：

中央水箱(24)，

多个用户设备(27)，

导管系统(28)，所述导管系统将所述中央水箱(24)连接到所述多个用户设备(27)，

至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的缓存器(1)，其中，所述多个用户设备(27)中的至少一个用户设备(27)与所述至少一个缓存器(1)中的缓存器(1)相关联，并且其中，所述至少一个缓存器(1)被配置成以所述用户压力向每个相关联的用户设备(27)提供水，以及

中央加压器件(26)，所述中央加压器件用于以超过所述用户压力的压力从所述中央水箱(24)向所述至少一个缓存器(1)的液体隔室(6)给送水。

11.一种包括根据权利要求10所述的供水系统(23)的飞行器(30)。