ES2215964T3 - Sistema de acondicionamiento del aire. - Google Patents

Abstract

Sistema de acondicionamiento del aire, especialmente para aviones, con al menos un intercambiador de calor dispuesto en un canal de aire dinámico para el enfriamiento de aire comprimido mediante un fluido, así como con al menos un primer (ACM 1) y un segundo dispositivo (ACM 2) de ejes, que están conectados con el intercambiador de calor por el lado del aire comprimido, así como con canales de salida del aire dinámico separados entre sí de acuerdo con la mecánica de fluidos, caracterizado porque el intercambiador de calor comprende al menos una primera (PHX 1, SHX 1) y una segunda unidad (PHX 2, SHX 2) de intercambiador de calor, de las cuales en cada caso una está conectada por el lado del aire comprimido en cada caso con uno de los dispositivos (ACM 1, ACM 2) de ejes, y porque uno de los canales de salida del aire dinámico está conectado con la primera unidad (PHX 1, SHX 1) del intercambiador de calor y uno de los canales de salida del aire dinámico está conectado con la segunda unidad (PHX 2, SHX 2) del intercambiador de calor.

Description

Sistema de acondicionamiento del aire.

La presente invención se refiere a un sistema de acondicionamiento del aire, especialmente para aviones, con como mínimo un intercambiador de calor dispuesto en un canal de aire dinámico para el enfriamiento del aire comprimido por medio de un fluido, así como con al menos un primer y un segundo dispositivo de ejes, que está conectado con el intercambiador de calor por el lado del aire comprimido.

Este tipo de sistemas de acondicionamiento del aire sirve para el acondicionamiento del aire, es decir, para calentar y enfriar la cabina, para la regulación de la presión de la cabina, así como para la alimentación de aire fresco. Especialmente en la construcción aeronáutica es de gran importancia que el sistema de acondicionamiento del aire disponga de un peso y tamaño estructural lo más pequeños posible. Además, es fundamental que se cumplan las funciones mencionadas del sistema de acondicionamiento del aire tanto en el funcionamiento normal, como también en el caso de una avería parcial de la instalación (redundancia).

A partir del estado de la técnica se conocen para ello dos conceptos diferentes que se muestran a continuación.

La figura 1 muestra una primera forma de realización según el estado de la técnica en la que se utilizan dos instalaciones autárquicas por lo general idénticas para desempeñar las funciones requeridas. El sistema según la figura 1 garantiza que también en el caso de una avería general de una instalación, la segunda instalación todavía satisfaga los requisitos mínimos. En el lado de entrada, los reactores o un grupo auxiliar le aplica aire comprimido caliente (por ejemplo, a 200ºC y 3 bares) a cada una de las instalaciones. La cantidad de aire se regula por medio de la válvula FCV de regulación del caudal. El aire comprimido fluye primero a través del intercambiador PHX de calor previo o primario y allí se enfría previamente a aproximadamente 100ºC. En el compresor C conectado posteriormente se comprime adicionalmente el aire y a continuación se enfría a aproximadamente 40ºC por medio del intercambiador SHX de calor principal o secundario. Seguidamente, el aire fluye a través del circuito de separación del agua compuesto de los componentes recalentador REH, condensador CON y separador WE de agua. El aire deshumidificado de esta manera fluye a continuación a través de la turbina T, allí se descomprime y además se enfría hasta aproximadamente -30ºC. Desde la salida de las turbinas fluye el aire a través del lado frío del condensador CON y, a continuación, llega a una cámara de mezcla o a la cabina.

En el canal de aire dinámico está dispuesto en cada caso un soplante FAN que está conectado con el compresor C y la turbina T por medio de un eje común. Estos componentes forman la denominada máquina de 3 ruedas. El soplante FAN sirve para transportar aire del entorno o aire dinámico a través del intercambiador SHX y PHX de calor. Para aumentar la capacidad de circulación a través del canal de aire dinámico durante el vuelo, está prevista una derivación del soplante en la que está dispuesta una trampilla GCKV 1 de cierre antirretorno.

La regulación de la temperatura o la regulación de la capacidad de enfriamiento de la instalación se lleva a cabo por medio de una válvula TCV que posibilita una derivación del compresor, SHX, la turbina y el circuito de separación del agua. Además, mediante las trampillas de cierre (RAIA y RAOA) en la entrada y / o la salida del canal del aire dinámico puede modificarse la capacidad de enfriamiento por toda la cantidad de aire dinámico.

Si se avería un dispositivo de ejes compuesto de una turbina T, un compresor C y un soplante FAN, el ramal de esta instalación parcialmente defectuosa puede seguir utilizándose durante el vuelo con una potencia de enfriamiento reducida para el transporte del aire comprimido. Con ello, se apoya a la segunda instalación, aún intacta, en relación con el caudal y la potencia de enfriamiento. En este caso, el enfriamiento del aire comprimido en la instalación parcialmente defectuosa tiene lugar únicamente mediante el intercambiador PHX / SHX de calor - aire dinámico sin reducción de presión en la turbina T averiada. Si se produce una ruptura del conducto, por ejemplo, en el conducto de la válvula FCV de regulación del caudal hacia el PHX o se produce un cierre defectuoso de la válvula FCV de regulación del caudal o de una trampilla de cierre del aire dinámico, esto conduce a la avería general de la instalación en cuestión. En este caso, la segunda instalación restante cumple con los requisitos mínimos (enfriar, regular la presión,...).

El tamaño estructural de la instalación viene determinado principalmente por los grandes componentes SHX / PHX y el canal de aire dinámico.

Además de la arquitectura del sistema mostrada a modo de ejemplo en la figura 1 con un ACM de 3 ruedas por instalación, también son posibles naturalmente otros conceptos de instalación, tales como, por ejemplo, un ACM de 4 ruedas por instalación o dos ACM dispuestos en serie por instalación o un ACM a motor o también diferentes sistemas de deshumidificación.

Sin embargo, es común a todos estos sistemas el que como mínimo se emplean dos instalaciones dispuestas de forma independiente para satisfacer los requisitos de redundancia.

La figura 2 muestra un sistema de acondicionamiento del aire alternativo conocido a partir de los documentos EP 0 891 279 B1 ó US-A-5 704 218. En el caso de esta forma de realización, los componentes con una probabilidad de averías relativamente alta con efectos significativamente negativos en el sistema están presentes de forma doble, tales como, por ejemplo, el dispositivo ACM de ejes y la válvula FCV de regulación del caudal. Por el contrario, los intercambiadores SHX, PHX de calor del aire dinámico así como el sistema de separación del agua, compuesto de recalentador REH, condensador CON y separador WE de agua, están presentes de forma común.

Debido a la disposición en la que los componentes PHX, SHX estructuralmente grandes y el canal de aire dinámico no se repiten, se obtiene una construcción relativamente compacta y, con ello, una demanda de espacio estructural reducida en comparación con la arquitectura del sistema mostrada anteriormente en la figura 1.

El proceso de enfriamiento básico corresponde al explicado en relación con la figura 1. En el funcionamiento normal, fluye aire comprimido caliente desde los reactores o un grupo auxiliar, por ejemplo, a 200ºC y 3 bares, a través de las dos válvulas FCV 1, FCV2 de regulación del caudal. A continuación el aire se agrupa y se enfría previamente a aproximadamente 100ºC en el intercambiador PHX de calor primario común. En cada caso, se comprime en el compresor 1 (C1) y en el compresor 2 (C2) aproximadamente la mitad del aire de salida del PHX y, tras agruparlo, se enfría en un SHX por medio del aire dinámico a aproximadamente 40ºC.

Para la condensación y la separación del agua se conduce el aire comprimido enfriado a través del recalentador REH, el condensador CON y el separador WE de agua. A continuación, se separa nuevamente el aire comprimido deshumidificado de esta manera y en cada caso aproximadamente la mitad se descomprime en la turbina 1 (T1) y la turbina 2 (T2) y, además, se enfría hasta a -30ºC. Tras agrupar el aire enfriado, éste se conduce a través del lado frío del condensador CON y finalmente, por medio de uno o dos conductos, se conduce a la cámara de mezcla o cabina del avión.

También en este ejemplo de realización están previstas máquinas de 3 ruedas que se componen en cada caso de una turbina, un compresor, así como un soplante FAN 1, FAN 2. La potencia de la turbina se utiliza para accionar el compresor C1, C2, así como el soplante FAN 1, FAN 2. Los soplantes FAN 1, FAN 2 están dispuestos en paralelo, de tal manera que, en tierra, cada soplante transporta aproximadamente la mitad del aire del entorno a través del PHX y el SHX comunes. Durante el vuelo, el flujo a través del PHX y el SHX con aire dinámico tiene lugar principalmente debido a la presión dinámica. El aire dinámico se alimenta al SHX y al PHX conectado posteriormente en el lado del aire dinámico en un canal de aire dinámico y tras el PHX es aspirado a través de un canal común por los dos soplantes FAN 1, FAN 2. Después, este aire dinámico fluye nuevamente al entorno pasando por dos canales independientes de salida de los soplantes.

La regulación de la temperatura del aire refrigerado tiene lugar por medio de dos válvulas TCV 1, TCV 2 de regulación de la temperatura y de las trampillas RAIA, RAOA 1 y RAOA 2 de cierre del canal de aire dinámico. Las válvulas TCV 1 y TCV 2 sirven adicionalmente para garantizar un funcionamiento sincrónico de los dos dispositivos de ejes.

Un caso de avería típico en una instalación según la figura 2 es la avería de uno de los dispositivos (ACM) de ejes. También en este caso deben quedar garantizados determinados requisitos mínimos en relación con la cantidad de aire y la potencia de enfriamiento. Para satisfacer estas funciones también en caso de averías, están integradas dos válvulas SOV 1, SOV 2 adicionales en la entrada de turbina correspondiente, así como dos válvulas CCKV 1 y CCKV 2 antirretorno adicionales en la correspondiente entrada del compresor.

Si, por ejemplo, se avería el ACM 1 debido a que un eje se queda detenido, la válvula CCKV 1 antirretorno impide que el aire comprimido del compresor C 2 que se encuentra en funcionamiento fluya nuevamente hacia atrás, pasando por el compresor C 1, al lado de entrada del compresor C 2, con lo que se produciría una corriente circular inútil. La válvula SOV 1 se cierra para que el aire comprimido por el compresor C 2 no se descomprima inútilmente por la turbina 1 que está detenida, sino exclusivamente por la turbina T 2 que está en funcionamiento. Debido a la avería de un ACM, el ACM que permanece intacto debería transportar en adelante todo el aire. Sin embargo, esto no es posible puesto que cada ACM, por motivos de peso y de tamaño estructural, sólo está diseñado para aproximadamente el 50% de la cantidad total de aire que incide en el funcionamiento normal. No puede hacerse cargo de la cantidad de aire doble. No obstante, para poner a disposición la cantidad de aire necesaria y alcanzar la capacidad de circulación necesaria a través del sistema es necesario con ello una derivación parcial del ACM 2 restante, que se encuentra en funcionamiento, por medio de una apertura de la válvula TCV 2.

Además, es necesario que durante las operaciones en tierra (sin aire dinámico) y con el dispositivo de ejes averiado (por ejemplo, el ACM 1) se cierre la correspondiente trampilla RAOA 1 de cierre de la salida del canal de aire dinámico puesto que, en caso contrario, el soplante FAN 2 que se encuentra en funcionamiento aspiraría el aire de otro canal de salida, y no del intercambiador de calor del aire dinámico. Por este motivo, el sistema mostrado en la figura 2 requiere al menos dos trampillas de cierre controlables de la salida del aire dinámico.

Además de la arquitectura mostrada a modo de ejemplo en la figura 2 con dos ACM de 3 ruedas por instalación o por intercambiador de calor empleado en común, son posibles y se conocen también otras planificaciones de la instalación, tales como, por ejemplo, dos ACM de 4 ruedas dispuestos en paralelo por cada instalación o dos ACM dispuestos en serie por cada instalación o dispositivos ACM a motor o también diferentes sistemas de deshumidificación.

Sin embargo, independientemente de ello, es común a los sistemas conocidos el que para satisfacer los requisitos de redundancia se empleen como mínimo dos dispositivos de ejes por cada instalación y por intercambiador de calor empleado en común.

Los sistemas mostrados en la figura 1 y la figura 2 están vinculados con las siguientes desventajas:

El sistema según la figura 1 presenta la desventaja de una demanda aumentada de espacio estructural, lo que tiene como consecuencia que se reduce el espacio utilizable para otros sistemas del avión o para la carga. Además, existe la necesidad de dos canales de aire dinámico y, con ello, de dos entradas y salidas de aire dinámico, incluyendo las trampillas de cierre, en el fuselaje del avión con la correspondiente demanda de espacio estructural y peso.

La realización según la figura 2 con la instalación presente una vez, con componentes que en parte se presentan dos veces, trae consigo las siguientes desventajas: en comparación con la realización según la figura 1, son necesarios componentes adicionales: dos válvulas (SOV 1 y SOV 2), así como dos trampillas (CCKV 1 y CCKV 2) de cierre antirretorno, con lo que especialmente las válvulas tienen una fiabilidad relativamente reducida y, con ello, reducen la fiabilidad del sistema. La complejidad del sistema y los costes se aumentan. La avería de una válvula SOV o de una válvula CCKV en la posición cerrada conduce a la avería completa del correspondiente dispositivo de ejes.

El sistema según la figura 2 requiere además dos canales de salida del aire dinámico con una trampilla de cierre en cada caso de la salida del aire dinámico en el fuselaje del avión, con las desventajas de una alta demanda de espacio estructural y peso.

La garantía de un funcionamiento sincrónico de los dos dispositivos de ejes exige gastos de control y regulación adicionales. En caso de avería de un dispositivo de ejes, es necesario un rápido accionamiento de las válvulas (por ejemplo, las válvulas SOV) para garantizar un correcto funcionamiento y el cumplimiento de las funciones de regulación de la presión, aireación y enfriamiento. Determinados componentes del sistema según la figura 2 sólo están presentes una vez, tal como, por ejemplo, es válido para el conducto de las válvulas FCV 1 y FCV 2 para el PHX y / o para el intercambiador de calor y / o el sistema de separación del agua. Una avería de uno sólo de estos componentes, tal como, por ejemplo, una rotura de un conducto, conlleva la avería general de todo el sistema de acondicionamiento del aire.

En caso de avería de un dispositivo de ejes, la potencia de enfriamiento y la capacidad de circulación a través del sistema es claramente menor en comparación con la forma de realización según la figura 1. Si, por ejemplo, se avería el dispositivo ACM 1 de ejes (eje detenido), entonces la válvula CCKV 1 antirretorno impide que el aire comprimido por el compresor C 2 que se encuentra en funcionamiento fluya a través del compresor C 1 (corriente circular inútil). La válvula SOV 1 se cierra para que el aire comprimido por el compresor C 2 no se descomprima de forma inútil por medio de la turbina T 1 detenida, sino exclusivamente por medio de la turbina T 2 que se encuentra en funcionamiento. Debido a la avería de un ACM, el ACM restante debería transportar ahora todo el aire, lo que, sin embargo, no es posible dado que cada ACM sólo está diseñado para aproximadamente el 50% de la cantidad total de aire (funcionamiento normal). Por tanto, un ACM no puede hacerse cargo de la cantidad de aire doble. Con ello se reduce considerablemente la capacidad de circulación y la potencia de enfriamiento de la instalación en caso de avería.

Asimismo, por medio de un sobredimensionado de los ACM, es decir, el diseño a, por ejemplo, el 70% del caudal total, en lugar de al 50%, sólo permite compensar esta desventaja de forma insuficiente puesto que con ello aumenta la demanda de espacio estructural y el peso de los ACM. El peso de un componente es fundamentalmente una función del caudal.

La tarea de la presente invención es perfeccionar un sistema de acondicionamiento del aire del tipo mencionado al principio partiendo de que éste presenta un número reducido de componentes, una construcción compacta, una alta fiabilidad, una alta redundancia, así como una alta potencia de enfriamiento en caso de avería de un dispositivo de ejes durante el vuelo.

Esta tarea se soluciona mediante un sistema de acondicionamiento del aire con las características de la reivindicación 1. Después, el intercambiador de calor comprende al menos una primera (SHX 1 / PHX 1) y una segunda unidad (SHX 2 / PHX 2) de intercambiador de calor, una de las cuales está conectada en cada caso por el lado del aire comprimido con en cada caso uno de los dispositivos de ejes. Además, están previstos canales de salida del aire dinámico independientes entre sí de acuerdo con la mecánica de fluidos, uno de los cuales está conectado con la primera unidad de intercambiador de calor y uno, con la segunda unidad de intercambiador de calor. En contraposición a la realización según la figura 2, las unidades de intercambiador de calor se presentan dos veces. En cada caso uno de los dispositivos de ejes está conectado por el lado del aire comprimido con una de las unidades de intercambiador de calor. Con ello no es necesaria ninguna válvula en la entrada del compresor (CCKV en la figura 2). De esta manera, es imposible la avería de un dispositivo de ejes únicamente a causa de una avería de estas válvulas. En comparación con la forma de realización según la figura 2, se produce además la ventaja de que en caso de avería de un dispositivo de ejes durante el vuelo, se presenta una reducción más pequeña de la potencia de enfriamiento y de la capacidad de circulación a través del sistema. Esto es posible puesto que, gracias a la conducción independiente del aire comprimido, puede utilizarse la parte de la instalación con el dispositivo de ejes averiado para el transporte del aire comprimido y el enfriamiento del intercambiador de calor. Otra ventaja deriva de que no son necesarias obligatoriamente dos trampillas de cierre para las salidas de los canales de aire dinámico, de lo que resultan ventajas correspondientes en relación con los costes, el espacio estructural y el peso. Gracias a la separación de acuerdo con la mecánica de fluidos de los dos canales de salida del aire dinámico entre sí, se consigue que el soplante que está en funcionamiento aspire siempre aire a través del o de los intercambiadores de calor, y no del otro canal de salida.

En el caso del fluido puede tratarse de aire del entorno o de aire dinámico.

En otra configuración de la presente invención está previsto que la primera y la segunda unidad de intercambiador de calor formen una unidad mecánica. Puede concebirse que las unidades de intercambiador de calor estén conectadas entre sí directamente o también de forma indirecta, por ejemplo, separadas por un intersticio.

En otra configuración de la presente invención cada dispositivo de ejes se compone de como mínimo una turbina y al menos un compresor y / o un soplante. Por ejemplo, los dispositivos de ejes pueden estar realizados como máquinas de 3 ruedas. Éstas se componen de turbina, compresor y soplante.

En cada uno de los canales de salida del aire dinámico está previsto de forma ventajosa un soplante para el transporte de aire del entorno o aire dinámico a través del intercambiador de calor.

En la configuración preferida de la presente invención, los dos canales de salida del aire dinámico divididos, es decir, separados de acuerdo con la mecánica de fluidos, se subdividen nuevamente en cada caso en un canal de salida del soplante y un canal de derivación del soplante. A este respecto, los canales de salida del aire dinámico pueden discurrir mecánicamente distanciados (por separado) o mecánicamente en conjunto (en paralelo). El canal de derivación sirve para aumentar la capacidad de circulación a través del canal de aire dinámico durante el
vuelo.

En cada uno de los canales de derivación puede estar prevista una válvula antirretorno y / o una trampilla de cierre común o dos trampillas de cierre independientes para las salidas de los canales de aire dinámico, para cerrar los canales de derivación de los canales de salida del aire dinámico. Con ello la salida de los dos canales de derivación puede cerrarse mediante una trampilla de cierre común o mediante dos trampillas de cierre, de las cuales en cada caso está dispuesta una por cada canal de derivación. En el estado cerrado, la trampilla o trampillas de cierre únicamente cierran los canales de derivación. En contraposición al estado de la técnica según la figura 1 y la figura 2, el presente sistema puede hacerse funcionar con una única trampilla de cierre de la salida del canal de aire dinámico. De ello se obtienen ventajas en relación con los costes, el espacio estructural y el peso.

En otra configuración de la presente invención está previsto que las unidades de intercambio de calor estén separadas entre sí de acuerdo con la mecánica de fluidos en el lado del aire dinámico, y se les aplique aire del entorno o aire dinámico procedente de un canal común de aire dinámico. Con ello, la circulación a través del intercambiador de calor por el lado de aire dinámico tiene lugar de forma independiente, empleándose para ello un canal común de entrada del aire dinámico y canales de salida del aire dinámico separados y que preferiblemente discurren en paralelo uno junto al otro.

Según la invención, pueden estar previstos un canal común de entrada del aire dinámico de acuerdo con la mecánica de fluidos y canales de salida del aire dinámico independientes entre sí de acuerdo con la mecánica de fluidos, uno de los cuales está conectado con la primera unidad de intercambiador de calor y otro, con la segunda unidad de intercambiador de calor.

En otra configuración de la presente invención está previsto que se prevea una trampilla de cierre para la entrada del canal del aire dinámico.

En otra configuración de la presente invención, el intercambiador de calor comprende un intercambiador de calor primario y uno secundario. El aire comprimido se enfría primero en el intercambiador de calor primario, a continuación, se comprime adicionalmente en el compresor y luego se conduce a través del intercambiador de calor secundario y allí se enfría de forma adicional.

Se obtiene una construcción especialmente compacta si el intercambiador de calo primario y el secundario forman una unidad mecánica. Puede estar previsto que el intercambiador de calor primario y el secundario limiten directamente uno con el otro, o también, por ejemplo, que estén dispuestos separados entre sí por un intersticio.

El intercambiador de calor primario y el secundario pueden estar dispuestos, por el lado del aire dinámico, en serie, en paralelo o de tal manera que a través de una parte del intercambiador de calor primario fluya aire del entorno o aire dinámico en paralelo y, a través de una parte fluya en serie respecto al intercambiador de calor secundario. En el primer caso, el intercambiador de calor primario está conectado después del intercambiador de calor secundario, por el lado del aire dinámico, en el segunda caso, está conectado en paralelo, y, en el tercer caso, está dispuesto en parte en serie y en parte en paralelo, lo que conlleva la ventaja de que al intercambiador de calor primario se le aplica, al menos parcialmente, preferiblemente en su zona de salida por el lado del aire comprimido, aire del entorno o aire dinámico frío.

En otra configuración de la presente invención está previsto que las unidades de intercambio de calor dispongan de una alimentación propia de aire comprimido. En cada uno de los conductos de alimentación de aire comprimido está dispuesta una válvula de regulación del flujo.

Además, puede estar previsto que a una unidad de intercambiador de calor (por ejemplo, SHX 1 / PHX 1) estén conectados dos o más dispositivos de ejes conectados en serie o en paralelo. Además, puede estar previsto que se trate de más de dos unidades de intercambiador de calor, de las cuales cada una está conectada por el lado del aire comprimido con uno o varios dispositivos de ejes.

Según una configuración preferida de la presente invención, está previsto que a cada uno de los dispositivos de ejes esté conectado un sistema de separación del agua. Esto sirve para separar una gran parte del agua que se encuentra en el aire comprimido.

El sistema de separación del agua puede estar realizado de forma diferente.

Una forma de realización posible se compone de un recalentador, un condensador y un separador de agua. El aire comprimido fluye primero a través del recalentador y aquí se enfría. A continuación, en el condensador tiene lugar la condensación de la humedad contenida en el aire comprimido. La separación del agua del aire comprimido tiene lugar en el separador de agua. A continuación, el aire fluye a través del recalentador en el que se calienta y se evaporan las gotas no separadas antes de que se descomprima el aire en la turbina y se enfríe. El aire descomprimido de la turbina se conduce a través del lado frío del condensador y a continuación se alimenta a la cámara de mezcla o a la cabina.

En otra configuración de la presente invención está previsto que los sistemas de separación del agua, que pueden estar realizados como circuitos de separación del agua, estén separados entre sí de acuerdo con la mecánica de fluidos y formen una unidad mecánica, o que estén dispuestos de forma mecánica separados. Por consiguiente, los componentes mencionados necesarios para la deshumidificación son atravesados por el flujo de forma independiente y disponen de una transmisión de calor independiente para el dispositivo de ejes correspondiente, aunque están unidos entre sí, por ejemplo, en una unidad mecánica, con lo que se obtiene una construcción correspondientemente compacta. También es posible que los sistemas de deshumidificación estén realizados separados entre sí de forma mecánica.

Según otra configuración de la presente invención, puede estar previsto que el aire enfriado se lleve a la cámara de mezcla o a la cabina pasando por uno o varios conductos. Puede tratarse, por ejemplo, de dos conductos.

Mediante un ejemplo de realización mostrado en el dibujo se explican detalladamente otros detalles y ventajas de la presente invención. Muestran:

las figuras 1, 2, sistemas de acondicionamiento del aire según el estado de la técnica,

la figura 3, una representación de un sistema de acondicionamiento del aire según la presente invención con intercambiadores de calor primario y secundario, con en cada caso dos unidades de intercambiador de calor así como una unidad de separación del agua para los dos ACM,

la figura 4, una representación de un intercambiador de calor del aire dinámico, compuesto de un intercambiador de calor primario y uno secundario, con circulación independiente,

la figura 5, una representación esquemática de dos circuitos de separación del agua agrupados para formar una unidad mecánica compuesta de un recalentador, un condensador y un separador de agua con circulación independiente,

la figura 6, una representación de un sistema de acondicionamiento del aire según la invención con intercambiadores de calor primario y secundario, con en cada caso dos unidades de intercambiador de calor, así como con circuitos de separación del agua separados de forma mecánica y una trampilla de cierre común para las salidas del aire dinámico para los dos canales de derivación del soplante,

la figura 7, una representación esquemática de un sistema de condicionamiento del aire según la figura 3, en el que los canales de derivación del soplante pueden cerrarse en cada caso con una trampilla de cierre propia de la salida del aire dinámico, y

la figura 8, una representación de un sistema de acondicionamiento del aire según la presente invención con intercambiador de calor primario y secundario, con en cada caso dos unidades de intercambiador de calor, así como dispositivos ACM realizados como máquinas de 4 ruedas.

La figura 3 muestra en una representación esquemática una forma de realización posible del sistema de acondicionamiento del aire según la presente invención. En el canal de aire dinámico está dispuesto un intercambiador de calor primario, así como un intercambiador de calor secundario. Los dos intercambiadores de calor se componen de unidades PHX 1 y PHX 2 ó SHX 1 y SHX 2 de intercambiador de calor independientes entre sí termotécnicamente y en cuanto a la mecánica de fluidos. Las unidades PHX 1 y PHX 2, así como SHX 1 y SHX 2 pueden formar una unidad mecánica y pueden estar conectadas unas con otras, también unas debajo de otras, de tal manera que se obtiene una construcción especialmente compacta. Puede estar previsto que las unidades PHX 1 y SHX 1, así como PHX 2 y SHX 2 de intercambiador de calor estén realizadas separadas entre sí por medio de un intersticio.

Como puede observarse a partir de la figura 3, para las dos unidades SHX 1 / PHX 1 y SHX 2 / PHX 2 de intercambiador de calor está previsto un canal común para la entrada del aire dinámico. El aire dinámico fluye a través de la unidad SHX 1 de intercambiador de calor y, a continuación, a través de la unidad PHX 1 y, desde allí, de forma separada a través de las unidades SHX 2 y PHX 2 de intercambiador de calor.

Como puede observarse adicionalmente a partir de la figura 3, están previstos dos canales de salida del aire dinámico independientes entre sí, uno de los cuales está conectado en cada caso con una unidad PHX 1 y PHX 2 de intercambiador de calor. Cada uno de los canales de salida del aire dinámico está dividido y presenta un canal de derivación realizado con en una válvula GCKV 1, GCKV 2 antirretorno en cada caso. En la otra parte de los canales de salida del aire dinámico está dispuesto un soplante FAN 1, FAN 2 en cada caso. Estos forman, junto con el compresor C correspondiente y la turbina T correspondiente, en cada caso, una máquina de 3 ruedas.

En la figura 3 se muestra además el sistema REF-CON WE de separación del agua. Éste sirve para separar el agua del aire comprimido antes de su descompresión en la turbina T. Los detalles del sistema REH-CON WE de separación del agua se explican en relación con la figura 5.

El modo de funcionamiento del sistema de acondicionamiento del aire mostrado en la figura 3 se forma de la siguiente manera: las unidades PHX 1, PHX 2 del intercambiador de calor primario se alimentan con aire comprimido en cada caso de forma independiente. En el lado de entrada está dispuesta en cada caso una válvula FCV de regulación del flujo. Tras circular a través de las unidades PHX 1, PHX 2 del intercambiador de calor, separadas entre sí según la mecánica de fluidos, y tras el enfriamiento que se produce allí del aire comprimido, éste se conduce en cada caso a través de un compresor C y allí se comprime adicionalmente. El aire comprimido de esta manera se conduce a continuación a través de la correspondiente unidad SHX 1 y SHX 2 del intercambiador de calor secundario, separada termotécnicamente y según la mecánica de fluidos, y llega a continuación al sistema REH-CON WE de separación del agua. En este sistema, que también forma una unidad mecánica aunque comprende dos sistemas de separación del agua separados entre sí termotécnicamente y según la mecánica de fluidos, tiene lugar la separación del agua y, con ello, la deshumidificación del aire antes de su alimentación a las turbinas T correspondientes. En las turbinas T, se descomprime y enfría el aire. El aire enfriado sirve para el enfriamiento del condensador de la unidad REH-CON WE de separación del agua. A continuación se conduce el aire a la cámara de mezcla o a la cabina.

Para el enfriamiento de las unidades PHX 1, PHX 2, SHX 1, SHX 2 de los intercambiadores de calor primario y secundario sirve el aire del entorno o aire dinámico. Éste fluye a través del canal de entrada común del aire dinámico primero a las unidades SHX 1, SHX 2 del intercambiador de calor secundario. La cantidad de aire dinámico se regula mediante la trampilla RAIA de cierre de la entrada del aire dinámico. Las unidades SHX 1 y SHX 2 del intercambiador de calor secundario no sólo están separadas entre sí por el lado del aire comprimido, sino también por el lado del aire dinámico. Esto es válido de forma correspondiente para las unidades PHX 1 y PHX 2 del intercambiador de calor primario. De forma correspondiente, el aire dinámico fluye de forma independiente a través de las unidades SHX 1 y PHX 1, ó SHX 2 y PHX 2 dispuestas en serie. Las corrientes de aire que salen de las unidades PHX 1 y PHX 2 del intercambiador de calor llegan a los canales separados entre sí del aire dinámico y pasan a los soplantes FAN 1 ó FAN 2 ó fluyen al entorno a través de los canales de derivación.

El sistema dispone además de conductos de derivación que pueden cerrarse con una válvula TCV de regulación de la temperatura, los cuales se extienden desde el lado de entrada del compresor C hasta el lado de salida de la turbina T.

Además de la arquitectura, mostrada a modo de ejemplo en la figura 3, con dispositivos ACM de 3 ruedas y sistema de separación del agua a alta presión, la invención también puede realizarse con otras realizaciones de dispositivos de ejes formados por como mínimo una turbina y como mínimo un soplante y / o al menos un compresor. Además, la invención también es posible con otras realizaciones de sistemas de separación del agua.

En la figura 8 se muestra otro ejemplo de realización con un dispositivo ACM de 4 ruedas.

La figura 4 muestra, en una representación en perspectiva, el intercambiador de calor de aire dinámico que forma una unidad mecánica con cuatro unidades de los intercambiadores de calor. Tal como ya se ha explicado en relación con la figura 3, el intercambiador de calor de aire dinámico dispone de una entrada común de aire dinámico. A continuación, el aire dinámico fluye separado entre sí a través de las unidades SHX 1, PHX 1 o SHX 2 y PHX 2 de los intercambiadores de calor dispuestas en serie. A continuación, el aire dinámico llega a los soplantes FAN 1 y FAN 2. Por el lado del aire comprimido se aplica aire comprimido primero a la unidad PHX 1, o a la unidad PHX 2 paralela a ella, del intercambiador de calor. Éste llega, pasando por las correspondientes válvulas FCV 1 y FCV 2 de regulación del flujo, a las unidades PHX 1, PHX 2 correspondientes del intercambiador de calor. El aire se enfría en las unidades PHX 1 y PHX 2 del intercambiador de calor y llega al compresor C correspondiente. El aire allí comprimido fluye a la entrada de las unidades SHX 1 y SHX 2 del intercambiador de calor secundario, allí se enfría de forma adicional y fluye finalmente al sistema de separación del agua.

El punto de unión entre PHX 1 / SHX 1 y PHX 2 / SHX 2 puede estar realizado de forma separable, tal como, por ejemplo, de forma atornillada, o de forma no separable, tal como, por ejemplo, soldado.

La figura 5 muestra el sistema REH-CON WE de separación del agua en una representación esquemática a partir de la figura 3. En este caso se trata de dos circuitos de separación del agua separados y desacoplados entre sí termotécnicamente y según la mecánica de fluidos, los cuales forman una unidad mecánica. Desde SHX 1 y, paralelo a ésta, desde SHX 2, el aire que se va a deshumidificar fluye primero a los recalentadores R 1 y R 2. A continuación, el aire fluye a través de los condensadores CON. La humedad se precipita en los separadores WE 1 y WE 2 de agua conectados posteriormente. El aire deshumidificado de esta manera fluye a continuación a través de los recalentadores R 1 y R 2 y allí se calienta ligeramente, de tal manera que se evaporan las posibles gotas de agua aún presentes. Desde los recalentadores, el aire llega a las entradas correspondientes de las turbinas T 1 y T 2. Los condensadores CON están conectados con las salidas de las turbinas. El aire frío descomprimido en las turbinas T 1 y T 2 se conduce a través del lado frío de los condensadores CON y limita la condensación de la humedad al lado caliente del condensador.

Tras circular a través de los condensadores CON, el aire se conduce a la cabina o a la cámara de mezcla.

El sistema de acondicionamiento del aire según las figuras 3 y 5 presenta las ventajas de que todos los componentes están presentes por partida doble. Por consiguiente, en comparación con la forma de realización según la figura 2 procedente del estado de la técnica, la avería de un componente puede no conducir a la avería total de todo el sistema. En especial no está prevista ninguna válvula en la entrada CCKV del compresor y en la entrada SOV de la turbina, tal como en la figura 2. Con ello queda excluida la avería de un dispositivo de ejes por la avería de una de estas válvulas.

En contraposición a la forma de realización según la figura 1, debido a la disposición compacta del intercambiador de calor y del canal del aire dinámico se obtiene una demanda reducida de espacio estructural. En contraposición a la forma de realización de la figura 2, también se obtiene una demanda reducida de espacio estructural debido al número reducido de componentes. Esto es válido en especial para el número reducido de trampillas de cierre del aire dinámico, así como de válvulas de control y antirretorno.

En comparación con la forma de realización según la figura 2, en el sistema según la invención, debido a la separación de acuerdo con la mecánica de fluidos de los dos dispositivos de ejes, también puede seguir enfriándose el aire comprimido por medio del intercambiador de calor de aire dinámico en el caso de que se produzca una avería de un dispositivo de ejes. Además, una avería individual, por ejemplo, la rotura de un conducto, no puede conducir a una avería general de todo el sistema.

Además, en comparación con el estado de la técnica según la figura 1 y la figura 2, existe la posibilidad de emplear una única trampilla de cierre para las salidas de los canales de aire dinámico, de lo que se obtienen ventajas correspondientes en relación con los costes, el espacio estructural y el peso.

La figura 6 muestra un sistema de acondicionamiento del aire en el que todos los componentes, a excepción del sistema de separación del agua y las trampillas RAOA de cierre para las salidas de los canales del aire dinámico, corresponden a los de la figura 3. Están previstos dos circuitos de separación del agua, separados entre sí de forma mecánica, de forma diferente al sistema de acondicionamiento del aire según la figura 3. Éstos están conectados con la cabina o la cámara de mezcla en cada caso por un conducto de salida.

Se obtiene otra diferencia respecto a la figura 3 dado que los canales de derivación de los soplantes pueden cerrarse en el lado de salida del aire dinámico por medio de una trampilla RAOA de cierre de la salida del canal de aire dinámico.

Las trampillas RAIA de cierre de la entrada del canal de aire dinámico pueden accionarse con un motor o, por motivos de redundancia, con dos motores.

La tabla siguiente muestra otra ventaja del sistema de acondicionamiento del aire según la invención. Aquí se comparan entre sí el número de componentes por sistema de acondicionamiento del aire. Se compara el número de componentes del sistema de acondicionamiento del aire según la invención según la figura 6 con las formas de realización según las figuras 1 y 2 procedentes del estado de la técnica. Gracias al número reducido de componentes se obtiene, por un lado, una demanda de espacio estructural más reducida (trampillas de cierre del aire dinámico, unidades de los intercambiadores de calor) así como una reducción de los costes mediante el ahorro de componentes relativamente caros, tales como las válvulas y las trampillas de cierre del aire dinámico.

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La figura 7 muestra una representación esquemática de un sistema de acondicionamiento del aire según la figura 3, en el que los canales de derivación de los soplantes pueden cerrarse en cada caso con una trampilla RAOA de cierre propia para la salida del aire dinámico.

La figura 8 muestra un sistema de acondicionamiento del aire en el que los dispositivos ACM están realizados como máquinas de 4 ruedas. En el caso de este ejemplo de realización, el aire, tras salir del sistema de separación del agua, no se conduce directamente a la cámara de mezcla, sino que, como puede observarse a partir de la figura 8, se descomprime en otro nivel T de turbina y finalmente se conduce a la cámara de mezcla.

Claims (18)

1. Sistema de acondicionamiento del aire, especialmente para aviones, con al menos un intercambiador de calor dispuesto en un canal de aire dinámico para el enfriamiento de aire comprimido mediante un fluido, así como con al menos un primer (ACM 1) y un segundo dispositivo (ACM 2) de ejes, que están conectados con el intercambiador de calor por el lado del aire comprimido, así como con canales de salida del aire dinámico separados entre sí de acuerdo con la mecánica de fluidos, caracterizado porque el intercambiador de calor comprende al menos una primera (PHX 1, SHX 1) y una segunda unidad (PHX 2, SHX 2) de intercambiador de calor, de las cuales en cada caso una está conectada por el lado del aire comprimido en cada caso con uno de los dispositivos (ACM 1, ACM 2) de ejes, y porque uno de los canales de salida del aire dinámico está conectado con la primera unidad (PHX 1, SHX 1) del intercambiador de calor y uno de los canales de salida del aire dinámico está conectado con la segunda unidad (PHX 2, SHX 2) del intercambiador de calor.

2. Sistema de acondicionamiento del aire según la reivindicación 1, caracterizado porque en el caso del fluido se trata de aire del entorno o aire dinámico.

3. Sistema de acondicionamiento del aire según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la primera (PHX 1, SHX 1) y la segunda unidad (PHX 2, SHX 2) del intercambiador de calor forman una unidad mecánica.

4. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque cada dispositivo (ACM 1, ACM 2) de ejes se compone de como mínimo una turbina y como mínimo un compresor y / o como mínimo un soplante.

5. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en cada uno de los canales del aire dinámico está previsto un soplante (FAN 1, FAN 2) para transportar el aire del entorno o aire dinámico a través del intercambiador de calor.

6. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los canales divididos de salida del aire dinámico se subdividen adicionalmente en cada caso en un canal de salida del soplante y en un canal de derivación del soplante.

7. Sistema de acondicionamiento del aire según la reivindicación 6, caracterizado porque en cada uno de los canales de derivación está prevista una válvula (GCKV 1, GCKV 2) antirretorno, y / o porque está prevista una trampilla (RAOA) de cierre común en la salida del canal del aire dinámico o dos trampillas de cierre independientes para cerrar los canales de derivación de los canales de salida del aire dinámico.

8. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las unidades (PHX 1, SHX 1, PHX 2, SHX 2) del intercambiador de calor están separadas entre sí según la mecánica de fluidos en el lado del aire dinámico y se les aplica aire del entorno o aire dinámico procedente de un canal común de aire dinámico.

9. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque está prevista una trampilla (RAIA) de cierre en la entrada del canal del aire dinámico.

10. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el intercambiador de calor comprende un intercambiador de calor primario y uno secundario.

11. Sistema de acondicionamiento del aire según la reivindicación 10, caracterizado porque los intercambiadores (PHX 1, SHX 1; PHX 2, SHX 2) de calor primario y secundario forman una unidad mecánica.

12. Sistema de acondicionamiento del aire según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque los intercambiadores de calor primario y secundario están dispuestos, por el lado del aire dinámico, en serie, en paralelo o de tal manera que fluye aire del entorno o aire dinámico a través de una parte del intercambiador de calor primario en paralelo al intercambiador de calor secundario y a través de una parte en serie respecto al intercambiador de calor secundario.

13. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque las unidades (PHX 1, SHX 1; PHX 2, SHX 2) de los intercambiadores de calor disponen de una alimentación propia de aire comprimido.

14. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dos o más dispositivos (ACM 1, ACM 2) de ejes conectados en serie o en paralelo están conectados con una unidad (PHX 1, SHX 1; PHX 2, SHX 2) de intercambiador de calor.

15. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque con cada uno de los dispositivos (ACM 1, ACM 2) de ejes está unido un sistema de separación del agua.

16. Sistema de acondicionamiento del aire según la reivindicación 15, caracterizado porque el sistema de separación del agua se compone de un recalentador (REH), un condensador (CON) y un separador (WE) de agua.

17. Sistema de acondicionamiento del aire según la reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque los sistemas de separación del agua, especialmente los circuitos de separación del agua, están separados entre sí de acuerdo con la mecánica de fluidos, y forman una unidad mecánica o están dispuestos separados de forma mecánica.

18. Sistema de acondicionamiento del aire según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el aire enfriado se conduce a través de uno o varios conductos a la cámara de mezcla o a la cabina.