ES2275045T3

ES2275045T3 - Sistema de climatizacion para aviones.

Info

Publication number: ES2275045T3
Application number: ES03016742T
Authority: ES
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. Sauterleute; Hubert Dipl.-Ing. Kresser
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2007-06-01
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: EP1386837B1; EP1386837A1; DE50305546D1; DE10234968A1

Abstract

Sistema de climatización para aviones con un punto de mezcla (X), en el que se combina un flujo de aire de purga preenfriada con un flujo de aire ambiental comprimida y preenfriada para obtener un flujo mixto de aire, medios de deshumidificación del flujo mixto de aire, medios (T2) de expansión del flujo mixto de aire y conductos para la conducción del flujo mixto de aire a la zona a climatizar, caracterizado porque los medios de deshumidificación del flujo mixto de aire comprenden un condensador (EVP/CON), a través del cual se conducen ambas flujos de aire cargados de humedad mezcladas en el punto de mezcla (X) con aumento del tamaño de las gotitas contenidas en las corrientes de aire y se enfrían por intercambio de calor con un fluido refrigerante con evacuación de agua por condensación, y porque inicialmente sólo el flujo de aire de purga se expande parcialmente mediante una turbina (T1), antes de que se lleve a cabo una mezcla de ambas corrientes de aire, corriente de aire de purga y corriente de aire ambiental comprimido.

Description

Sistema de climatización para aviones.

La presente invención se relaciona con un sistema de climatización para aviones según el concepto general de la Reivindicación 1.

Los objetivos principales de las instalaciones de climatización para aviones consisten en proporcionar a los pasajeros y la tripulación del avión aire fresco, presurizar la cabina y climatizar, es decir, calentar y enfriar, la cabina y la carlinga.

Las fuentes principales de energía de uno de estos sistemas de climatización para aviones son, por una parte, el aire de purga (bleed air) del propulsor principal (engine) o del propulsor auxiliar (APU), además de la energía eléctrica de los generadores del propulsor y, finalmente, el aire de alimentación (ram air) en el vuelo.

Las instalaciones de climatización para aviones proporcionan a la cabina y la carlinga aire fresco climatizado y sirven, al mismo tiempo, para la presurización del marco del avión.

Las instalaciones típicas de climatización para aviones operan con aire de las etapas del compresor de los propulsores. Este aire altamente energético a alta presión y temperatura, extraido de los propulsores, se preenfría normalmente en un prerrefrigerador del propulsor y se introduce mediante expansión en la turbina de un sistema de ciclo de aire como aire frío de la cabina. Para obtener buenas eficiencias de enfriamiento del ciclo de aire, el aire se lleva, antes de la admisión en la turbina, a través de un intercambiador de calor primario al nivel de la temperatura ambiental. Mediante el aprovechamiento regenerativo del rendimiento de la turbina obtenido en una etapa del compresor dentro del proceso de ciclo de aire y/o para el impulso de una rueda del ventilador para el enfriamiento del intercambiador de calor, se obtienen aumentos adicionales de la eficiencia de enfriamiento. Para el diseño de un sistema de climatización para aviones es fundamental el dispositivo de deshumidificación dentro del proceso de enfriamiento. Se necesita aire relativamente seco, para proteger los componentes del lado de salida de la turbina contra la congelación y evitar la formación de condensado en el sistema de distribución de aire y la cabina.

El estado actual de la técnica para realizar todo ello se habilitan los sistemas con separación de agua a alta presión (sistemas tricircuito con condensadores de congelación o sistemas tetracircuito con un llamado circuito de condensación), que condensan agua en un condensador mediante aire frío de salida de la turbina y, a continuación, la separan. En el caso de un sistema tricircuito se conduce el aire frío que escapa de la turbina de expansión a través de la cara fría de un condensador, enfriándose el aire sobre la cara caliente del condensador y condensándose una parte de la humedad. El agua así condensada se separa en un separador de agua. Resulta inconveniente en este contexto, que la energía de enfriamiento necesaria para la condensación se tome del aire de salida de la turbina y no esté, por tanto, disponible para el enfriamiento de la cabina. Para condensar este aumento de la temperatura del flujo de salida de la turbina debido a la transferencia de calor en el condensador, es necesaria una mayor presión, para seguir aún subenfriando el aire en la turbina. Aquí se necesitan tanto más aire de alimentación como mayores intercambiadores de calor de aire de alimentación.

En el caso de un sistema tetracircuito se conecta aguas abajo del condensador una segunda turbina. En esta etapa de la turbina, la energía calorífica introducida antes en el condensador se encuentra disponible como energía adicional de expansión. Una parte de la energía del condensador se recupera, por tanto, en la turbina, lo que conduce a un proceso total de refrigeración mejorado. Estos sistemas presentan el inconveniente de que este tipo de conexión del condensador requiere relativamente mucha energía para la deshumidificación y, particularmente, se suministra al flujo de aire frío energía en forma de calor adicional, lo que reduce la eficiencia termodinámica del dispositivo de refrigeración. Esta eficiencia de la instalación se denomina también "coefficient of performance" (COP) y es la relación del rendimiento de refrigeración producido respecto al rendimiento invertido para el funcionamiento del
sistema.

En comparación con este sistema de ciclo de aire, los sistemas de climatización con refrigerante presentan una mayor eficiencia de la instalación COP. Estas instalaciones de refrigerante operan con el principio de compresión de un fluido de trabajo en fase vapor con la subsiguiente transferencia a la fase líquida mediante el transporte de calor a través de un disipador térmico apropiado (por ejemplo, a través de un intercambiador de calor de aire ambiental). Con la expansión del fluido de trabajo y en su evaporación se absorben durante el proceso de evaporación grandes concentraciones de calor y, por tanto, se enfría el aire del sistema de climatización a través del evaporador.

La integración de uno de estos procesos eficientes de enfriamiento con refrigerante en un sistema de climatización de ciclo de aire se describen ya, en principio, en la US 4,963,174 A. En este contexto se enfría el aire ambiental comprimido mediante un proceso de refrigerante y el agua se condensa, antes de que este aire ambiental comprimido se expanda en una turbina.

El sistema es únicamente apropiado para una fuente de aire. Para el control de la temperatura del sistema se lleva a cabo una mezcla de aire húmedo directamente antes de la turbina. En el funcionamiento a carga parcial se somete, por tanto, la turbina a humedad adicional. Como el mayor peligro de congelación en la turbina no existe en el punto de diseño con máxima demanda de rendimiento de refrigeración, sino para necesidades de refrigeración algo menores y, por tanto, en el funcionamiento regular de la instalación, deben preverse para la turbina las correspondientes medidas de protección contra la congelación.

En el estado actual conocido de la técnica no se coordinan de forma óptima los intentos, de combinar los procesos de ciclo de aire con procesos de vapor frío.

El empleo de un condensador en el sistema, con el que se proporciona calor al aire fresco refrigerado de la cabina, después de la turbina, a través del condensador, da lugar a una calefacción del aire suministrado a la cabina. Para compensar esto, se proporciona la energía del aire de purga o más aire de alimentación y/o se precisan intercambiadores de calor mayores y, por tanto, más pesados. Se reduce, por tanto, la eficiencia termodinámica del proceso del sistema reduce debido a la transferencia térmica en la salida de la turbina. Es necesario un diseño complejo del condensador para reducir y/o prevenir el peligro de congelación y/o el bloqueo en las caras caliente y fría y mayores gastos para la protección contra la congelación y el calentamiento del condensador para evitar riesgos.

Se demuestra también, que el mayor peligro de congelación en la turbina no existe en el punto de diseño con máxima demanda de rendimiento de refrigeración (temperaturas típicas de la descarga de la turbina, -5 a -20°C), sino para necesidades de refrigeración algo menores y, por tanto, en el funcionamiento regular de la instalación. Si ahora se agrega el aire húmedo antes de la turbina en el funcionamiento a carga parcial, tienen que tomarse las medidas apropiadas, particularmente, de protección de la turbina contra la congelación. Estas pueden ser un calentamiento de la turbina o una deshumidificación adicional antes de la mezcla de la humedad. Cada una de estas medidas adicionales necesarias para un funcionamiento seguro resulta en un mayor coste energético y en función de los componentes adicionales y el peso.

Gracias a la EP-A- 1 129 941 y la US-A-5,634,964 se conocen ya instalaciones de climatización apropiados para aviones son.

Gracias a la US-A-5 299 763 se conoce además un sistema de climatización para aviones, con un punto de mezcla, en el que un flujo preenfriado de aire de purga se combina con un flujo comprimido y preenfriado de aire ambiental para dar un flujo mixto de aire, así como con medios de deshumidificación y medios de expansión del flujo mixto de aire y con conductos para la conducción del flujo mixto de aire a la zona a climatizar.

El objetivo de la invención consiste generalmente en la minimización de la energía tomada del propulsor reduciendo la cantidad de aire y la necesidad de presión por medio del proceso y arquitecturas más eficientes, para reducir finalmente la necesidad de combustible del propulsor. Para conseguir esto, se emplean las diversas formas de energía existentes en el avión, en particular el aire de purga, el aire de alimentación y el rendimiento eléctrico.

En este sistema híbrido así desarrollado deben seleccionarse y coordinarse los procesos, de manera que, por una parte, el respectivo proceso opere por sí mismo de manera óptima y, particularmente, opere también de forma óptima en la arquitectura total del proceso en las diversas condiciones de operación, en la operación en el suelo y en la operación de vuelo. La humedad del aire adquiere aquí un papel central, particularmente en la minimización de la energía en el proceso de deshumidificación. No deben subestimarse tanto el coste energético como también el coste técnico de componentes para la protección necesaria de la turbina respecto a la congelación y erosión de los inyectores de la turbina y/o de las paletas propulsoras, para asegurar un funcionamiento seguro de la instalación en general y a largo plazo. Un comportamiento de deshumidificación óptimo en el punto del diseño y en la operación a carga parcial es, por tanto, una definición importante del criterio en un sistema de climatización optimizado energéticamente.

Por lo tanto, la optimización del sistema se refiere no sólo a los procedimientos termodinámicos completos, sino también a los procesos de cambio de fase del vapor de agua durante el enfriamiento general y, particularmente, durante la mezcla de dos flujos de aire cargados de vapor de agua en diferentes estados. Como el hielo no es hielo homogéneo en su estructura (la forma cristalina de la nieve es totalmente diferente que la del granizo), puesto que la forma cristalina es fuertemente dependiente de su historia de formación, tampoco el vapor de agua ni el condensado son iguales.

La presente invención se basa ahora concretamente en el objetivo de desarrollar un concepto del sistema totalmente optimizado, considerando las influencias descritas. Para no obtener componentes demasiado grandes y, por tanto, también demasiado pesados, se seleccionan de manera apropiada las presiones de sistema en el proceso de ciclo de aire, o sea, no demasiado bajas.

El objetivo ya citado se resuelve primero con un sistema de climatización para aviones con la combinación de las características de la Reivindicación 1.

Las ordenaciones preferentes de la presente invención se infieren de las subreivindicaciones subsiguientes a la reivindicación principal.

La deshumidificación optimizada debido a la solución de la Reivindicación 1 en el caso de la mezcla de ambos flujos de aire cargados de vapor de agua contribuye particularmente a la resolución del objetivo. Aquí se aprovecha, que las gotitas del flujo de aire se puedan depositar con las gotitas menores de agua sobre las gotitas mayores del segundo flujo de aire. Las gotas mayores de agua resultantes así engrosadas se pueden separar mejor que las menores. Se continúa reforzando este efecto de formación de gotitas en el condensador que sigue directamente al punto de mezcla, denominado en adelante condensador/evaporador, puesto que puede operar para el ciclo de aire como condensador y para el circuito bifásico como evaporador. Incluso sin enfriamiento, la superficie extremadamente grande de las llamadas aletas del intercambiador de calor contribuye ya al engrosamiento sustancial de las gotitas a través de la acumulación de las gotitas del agua en las aletas. La energía centrífuga, las fuerzas de la inercia, la fuerza de la gravedad y las fuerzas de adhesión contribuyen también a ello. El intercambiador de calor contenido en el condensador opera como recolector de gotitas. Además, si se produce una reducción de la temperatura en las superficies de la aleta, debida a la transferencia térmica del segundo fluido, tienen lugar, particularmente en las gotitas ya existentes (debido al principio físico de los gérmenes), presentes en las superficies de la aleta, un engrosamiento de la gotita con formación de la película de agua. Se habla aquí de condensación de la película en las superficies con gérmenes de condensación ya presentes en forma de gotitas del agua, pudiendo ser estos gérmenes de condensación naturalmente también partículas apropiadas de polvo o similares.

Además, en el sistema de climatización para aviones acorde a la invención, se expande primero parcialmente, acorde a la Reivindicación 1, sólo el flujo de aire de purga altamente energético a través de una turbina, antes de llevar a cabo una mezcla de los dos flujos de aire, el flujo de aire de purga y el flujo de aire ambiental comprimido. Esto sirve particularmente para la mejora adicional de la eficiencia del sistema global.

El proceso de engrosamiento de las gotitas mediante mezcla y acumulación sobre las superficies y condensación y conversión técnica de componentes representa el contenido sustancial de la invención. La formación de gotitas en el condensador se realiza de manera termodinámicamente más eficiente (COP) a través del intercambiador de calor/evaporador de un circuito de fluido y/o de un circuito bifásico. El grado de condensación y también el grado de capacidad de refrigeración necesarios se pueden ajustar de manera ideal a través del flujo de fluido.

La separación puede realizarse, por ejemplo, en un separador de agua fresca conectado debajo de los componentes con una eficiencia de hasta más del 95%. El aire así secado se suministra entonces a una etapa de la turbina para la expansión y el enfriamiento asociado.

El punto de mezcla de los flujos de aire cargados de vapor de agua se diseña favorablemente como dispositivo de coalescencia de las gotas. En una variante sencilla de ejecución, éste consiste en un tubo bifurcado, pudiendo optimizarse el ángulo del tubo bifurcado en función de la coalescencia de las gotas. Alternativamente puede realizarse una mezcla radial distribuida uniformemente a lo largo del perímetro de un tubo. Finalmente se pueden prever en la zona del punto de mezcla chapas rectas o curvadas como instalaciones adicionales.

Mediante el sistema de climatización para aviones acorde a la invención se ofrece un concepto termodinámico global optimizado. Aquí se crea un circuito de fluido y/o bifásico de refrigerante para la deshumidificación del flujo mixto de aire fresco preparado, en el que se extrae una parte del aire fresco de un propulsor y se aspira otra parte del aire ambiental.

El empleo del proceso de separación de agua acorde a la invención entre dos etapas de la turbina representa un modo mejorado de ejecución de la invención. En este contexto, se conecta una turbina aguas en la parte superior antes de la mezcla del flujo de aire ambiental comprimido. La gran ventaja termodinámica de la mezcla del flujo de aire ambiental a menor nivel de presión y, por tanto, de energía se encuentra en el hecho de que, para la misma cantidad de flujo de aire, se necesita sustancialmente menos energía para la compresión. La pérdida de eficiencia de la turbina de la primera etapa de la turbina se anula al menos para la proporción de aire ambiental.

El motivo de que se extraiga el aire de purga de manera óptima a un nivel de presión comparativamente mayor que el del aire ambiental comprimido, se encuentra en el sistema muy largo de distribución del aire de purga desde el propulsor en las alas hasta el sistema de climatización en el fuselaje. Los conductos largos, a presiones muy bajas, conllevan (en el diseño) diámetros muy grandes de los conductos, así como grandes problemas asociados de peso y de instalación. En el propulsor mismo, así como en la unión del propulsor y en las alas hay, en cada caso, extremadamente poco espacio disponible.

La separación del agua después de una turbina, se tiene que realizar con gotitas de agua extremadamente pequeñas. Dependiendo del punto de funcionamiento y, particularmente, a altas razones de expansión en la etapa de turbina, la mayoría de las gotitas que vienen de la turbina son tan pequeñas, que no pueden separarse más con un separador mecánico de agua inmediatamente después de la turbina. Esto puede conducir a eficiencias claramente reducidas de separación del agua (menos del 50%). Mediante la mezcla del aire húmedo después de la turbina, así como el subsiguiente condensador/evaporador en la función de un recolector de gotitas y un condensador, se pueden obtener eficiencias comparables a las correspondientes sin turbina conectada aguas arriba. Puesto que el nivel de temperatura es, sin embargo, sustancialmente menor después de la primera etapa de la turbina, se puede separar claramente más agua. Según ordenaciones preferenciales de la invención se pueden prever máquinas de ciclo de aire accionadas eléctricamente. Además, puede existir un generador en la máquina de ciclo de aire para un accionamiento a propulsor del compresor VC.

Las ventajas de la presente invención resultantes de la reivindicación 1 de la patente y de las subreivindicaciones subsiguientes se basan ahora, por una parte, en la reducción de la extracción del aire del propulsor. El menor aire de purga conlleva además diámetros sustancialmente menores del sistema de tuberías de aire de purga y a ahorros asociados de peso y espacio.

Además, se interconectan dos fuentes de aire totalmente independientes una de otra, lo que conduce a una redundancia del aire fresco y presurización de la cabina en caso de que falte una fuente de aire.

Las diversas fuentes de energía se integran, para un empleo óptimo de la energía en todas las zonas del instrumento, a un nuevo sistema, aumentando al mismo tiempo la disponibilidad del sistema.

La invención proporciona un sistema de separación de agua más eficiente, por el hecho de que se emplean los efectos físicos para la formación mejorada de gotitas y un proceso refrigerante eficiente para el enfriamiento y la condensación.

La deshumidificación puede regularse de forma óptima mediante una instalación frigorífica ajustable de vapor.

Durante el vuelo se puede reducir favorablemente la pérdida de presión del sistema de climatización para aviones, por el hecho de que los componentes separadores de agua se eviten mediante una derivación.

El peligro de congelación a la salida de la turbina puede minimizarse, puesto que el sistema posibilita una deshumidificación hasta un contenido en humedad de menos de 3.5 g/kg.

Para el control de la temperatura no se lleva a cabo ninguna mezcla de la humedad directamente antes de la
turbina.

El control de la temperatura del sistema propuesto con derivación de la turbina no conlleva beneficiosamente a la fuerza una mayor humedad.

El intercambiador de calor sometido al aire de purga mejora favorablemente de modo obligatorio la separación del agua de la mezcla de aire y ofrece al mismo tiempo una protección optimizada de la turbina. Cualquier agua antes de la entrada en la turbina se evapora. Este intercambiador de calor posibilita también contenidos en humedad de hasta por encima de los 6 g/kg, si en la cabina se desean o se aprueban humedades ambientales algo mayores. El sistema ofrece, por tanto, una alta medida de flexibilidad respecto a la inyección de humedad en la cabina sin poner en peligro la fiabilidad del sistema.

Debido a la alta relación del caudal del aire de alimentación respecto al aire fresco pueden alcanzarse las máximas eficacias de los intercambiadores de calor del aire de alimentación. Éstos se pueden construir, por tanto, muy pequeños y compactos.

Los intercambiadores de calor del aire de alimentación tienen un efecto condensador debido a la alta relación del caudal de aire de alimentación a aire fresco.

En conjunto, pueden minimizarse los componentes previstos en el sistema y también la complejidad del sistema global, a pesar de las varias fuentes de energía y de aire.

Otros detalles y características y ventajas de la invención se infieren de los ejemplos de ejecución representados en el diseño. Las Figuras 1 a 5 muestran aquí respectivamente las variantes del circuito de las instalaciones de climatización para aviones acordes a la invención.

La Figura 1 presenta un sistema híbrido de climatización, que no se incluye sin embargo bajo el ámbito de protección de la presente invención, de un ciclo de aire y una instalación frigorífica de vapor VCS, que también puede ser un sistema de fluido, desarrollado como un sistema de mezcla del aire con instalación frigorífica de vapor VCS integrada. El aire de mezcla está formado por dos flujos de aire, un flujo de aire de purga (bleed air) extraido de un propulsor y un segundo flujo de aire aspirado del ambiente a través de una etapa del compresor.

El ajuste del flujo de aire residual, que se retira el propulsor, se realiza con una válvula de regulación del caudal FCV. Posteriormente, se conduce entonces el flujo de aire de purga y se enfría a través del intercambiador de calor primario PHX, un intercambiador de calor del aire de alimentación. Como refrigerante se utiliza un flujo de aire extraído a través del canal del aire de alimentación (ram air), que se extrae, en el suelo, por medio de una turbina de ventilador F y, en el vuelo, por la presión dinámica resultante. Se lleva a cabo otro enfriamiento del flujo de aire de purga mediante un siguiente intercambiador de calor REH, en el que el flujo de aire de purga se hace pasar a un flujo mixto de aire más fría. Posteriormente, se lleva a cabo la mezcla del flujo de aire de purga y del flujo de aire ambiental en el punto "X".

El flujo de aire ambiental se aspira a través de un compresor C1 y se comprime a la presión de mezcla necesaria. Antes de que se efectúe la mezcla de los dos flujos de aire, el flujo de aire de purga y el flujo de aire ambiental, en el punto de mezcla "X", el flujo de aire ambiental comprimido y calentado se conduce a través de un intercambiador de calor del aire de alimentación MHX que funciona como condensador, y se enfría nuevamente. En este contexto, se obtiene un enfriamiento a aproximadamente la temperatura total del aire de alimentación, lo que resulta posible debido a una alta eficacia del intercambiador de calor del aire de alimentación MHX.

Se obtiene un aumento de la eficacia del intercambiador de calor del aire de alimentación MHX, implementado éste como flujo en doble cruz, flujo en cruz contracorriente o como flujo paralelo en doble cruz con refrigerante secundario (por ejemplo, aire de la cabina). Por otra parte la eficacia se puede aumentar con una alta relación del flujo de aire entre el flujo del aire de alimentación y el flujo de aire ambiental comprimido. La obtención de una alta relación del flujo de aire se ve favorecida por el hecho de que solamente se conduce el flujo de aire ambiental comprimido, en lugar del flujo total de aire fresco, a través de la cara caliente (del lado del aire comprimido) del intercambiador de calor del aire de alimentación MHX.

Otra mejora del rendimiento de refrigeración y, por tanto, del efecto condensador del intercambiador de calor de aire de alimentación MHX puede lograrse por el hecho de que el agua condensada aislada del flujo mixto de aire se inyecta eficientemente a través de un separador de agua WE en el flujo de aire frío del intercambiador de calor de aire de alimentación MHX. La entalpia de la evaporación del agua inyectada se utiliza, en este contexto, para reducir la temperatura del aire de enfriamiento, lo que aumenta por consiguiente el rendimiento de refrigeración. Esto se describe ya, por ejemplo, en la DE 102 01 427 A.

Mediante una válvula de retención CVA prevista poco antes del punto de mezcla debería evitarse un reflujo del aire de purga, particularmente, si la presión del aire de purga se encuentra por encima de la presión del aire ambiental comprimido. En el punto de mezcla "X", el flujo de aire de purga y el flujo de aire ambiental comprimido tienen la misma presión y un nivel de temperatura similar. La temperatura del flujo de aire de purga se encuentra normalmente en el punto de mezcla "X" ligeramente por encima de la temperatura del flujo de aire ambiental preparado, ya que el intercambiador de calor de aire de alimentación MHX está conectado en el canal de aire de alimentación aguas arriba del intercambiador de calor primario PHX. Para obtener un enfriamiento del flujo mixto de aire suficiente para una condensación del vapor de agua contenido en el aire, se conduce el flujo mixto de aire a través del evaporador/condensador de una instalación frigorífica de vapor, antes de que el agua libre se separe en el separador de agua WE. El flujo deshumedecido del flujo mixto de aire se calienta ahora ligeramente a través de un intercambiador de calor REH, conectado aguas arriba de la turbina T1, diseñado como recalentador. De esta forma se reduce, por una parte, la transferencia térmica necesaria en el evaporador/condensador de la instalación frigorífica de vapor VCS y, por otra parte, se protege la turbina T1 contra daños mediante las gotitas de agua residual contenidas en el flujo mixto de aire, que se evaporan al atravesar el intercambiador de calor REH. Después de la expansión y el enfriamiento asociado del flujo mixto de aire en la turbina T1, ésta se introduce en la siguiente cámara de mezcla (no representada aquí a fondo) y allí se mezcla con el aire de circulación de la cabina y se suministra a la cabina.

La rueda del compresor C_{1} y la rueda de la turbina T1 se disponen junto con la rueda del ventilador F sobre un eje para la máquina de ciclo de aire ACM. En este caso se utiliza la energía, obtenida mediante la expansión del flujo mixto de aire a través de la turbina T1, para impulsar la rueda del compresor C_{1} y la rueda del ventilador F. Es decir, que la alta energía del flujo de aire de purga se emplea para la extracción y compresión del flujo de aire ambiental y del flujo de aire de alimentación.

Opcionalmente puede instalarse además sobre el eje común de la turbina T1, el compresor C_{1} y la rueda del ventilador F un motor/generador, para poder introducir y/o extraer energía del sistema de climatización. Ésta debería obtenerse aquí sobre todo mediante una regulación de la compresión y/o un aumento de la cantidad de aire ambiental.

El sistema de climatización descrito se emplea en esta forma de conexión descrita especialmente para el funcionamiento en el suelo y a bajas alturas de vuelo, donde se necesita una deshumidificación del aire de purga y del aire ambiental. Para los casos de vuelo a gran altura, es decir, superior a aproximadamente 10 000 metros, se lleva a cabo una conmutación del sistema a través de una válvula de derivación BPV y una válvula de altitud ATV. Como a grandes alturas de vuelo no resulta termodinámicamente práctica una compresión del flujo de aire ambiental a mayor presión en el punto de mezcla "X", debido a la baja presión ambiental, ya que aquí es necesaria una relación de compresión demasiado alta del compresor C_{1} y no se precisa ninguna deshumidificación más, el flujo de aire ambiental se conduce a través de una línea de derivación con válvula de derivación hasta los componentes deshumidificantes y la turbina T1 y se mezcla con el flujo expandido de aire de purga antes de la admisión en la cámara de mezcla. Por lo tanto, se reduce la compresión del aire ambiental necesaria al nivel de presión de la cámara de mezcla, o sea a un nivel de presión ligeramente superior a la presión de la cabina. El enfriamiento del flujo de aire ambiental comprimido y calentado a través del compresor C_{1} se lleva a cabo además mediante el intercambiador de calor de aire de alimentación MHX, no obstante a temperaturas considerablemente menores del aire de alimentación (por ejemplo, 0°C) que a bajas alturas de vuelo y/o en el suelo (por ejemplo, 38°C), antes de efectuar la mezcla con el flujo de aire de
purga.

Debido al aire seco a gran altura de vuelo, no se necesita ya una separación de agua. Por lo tanto, el flujo de aire de purga en el circuito de separación del agua puede introducirse directamente en la turbina T1 a través de la válvula de altitud ATV. Mediante esta derivación se obtiene una reducción de las pérdidas de presión (en el intercambiador de calor REH y en los componentes separadores de agua), lo que repercute positivamente sobre la presión necesaria del aire de purga.

Para el control de la temperatura en la descarga de equipaje se prevé una válvula de regulación de la temperatura TCV. Para esto se utiliza una parte del flujo mixto deshumedecido de aire, que se mide antes de la turbina T1 y se agrega sin enfriamiento al flujo de aire fuertemente enfriado por la expansión a la salida de la turbina. Para evitar una influencia de la humedad de compuerta de descarga del equipaje en el funcionamiento a carga parcial, se lleva a cabo la derivación del aire de regulación después de la deshumidificación.

Una válvula de descarga SV (surge valve) instalada sirve como válvula de seguridad para la rueda del compresor C1. Si se desarrolla una presión demasiado alta en el punto de mezcla a través del flujo de aire de purga, aumentando la relación de presiones necesaria de la rueda del compresor, puede desplazarse el punto de operación de la rueda del compresor en la zona "surge", de forma que el compresor C1 comience a bombear. Mediante la apertura de la válvula de descarga SV se evita, que el compresor opere en este rango de operación.

Para evitar un reflujo del aire ambiental comprimido al propulsor (bleed system), se integra en el conducto del aire de purga antes del punto de mezcla una válvula de retención CVB. Esta válvula es necesaria, si en el punto de mezcla el flujo de aire ambiental presenta una mayor presión que el flujo de aire de purga. La válvula de retención CVB evita para el sistema de aire ambiental descrito en la Figura 5 con dos circuitos separados una derivación de los componentes separadores de agua y de la turbina T2 para el circuito 2, pues la presión del circuito 1 tras la expansión en la turbina T1 ya es claramente menor que en el punto de mezcla.

En la Figura 1 se representa la conexión del circuito de aire, del llamado ciclo de aire, y de la instalación frigorífica de vapor VCS. De este modo queda patente, que ambos sistemas están unidos a través de un intercambiador de calor, el evaporador/condensador EVP/CON.

En el sistema cerrado de la instalación frigorífica de vapor VCS se suministra un refrigerante, presente en estado gaseoso, por una tubería a un compresor CV, accionado preferentemente por un motor. El compresor CV eleva la presión y la temperatura del refrigerante. El refrigerante gaseoso comprimido en el compresor CV pasa entonces a través de la cara caliente de un condensador, pasando el refrigerante gaseoso al estado líquido. Esta condensación se alcanza con un flujo de aire exterior más frío (aire de alimentación o aire de la cabina), que atraviesa la cara fría del condensador. El refrigerante líquido se expande entonces, antes de suministrarse a la cara fría del evaporador/condensador EVP/CON, a través de una válvula de expansión, dispuesta preferentemente justo antes del evaporador. El refrigerante expandido se transforma ahora en el evaporador EVP a temperatura constante al estado gaseoso, antes de introducirse de nuevo en el compresor CV, donde se cierra el circuito. Como medio calefactor para la evaporación del refrigerante en el evaporador EVP se utiliza el flujo mixto de aire conducido en el ciclo de aire (air-cycle). En este contexto se produce un enfriamiento de la mezcla de aire y, dependiendo de la temperatura, una condensación del vapor de agua allí contenido. En el evaporador/condensador EVP/CON aumentan las gotitas de agua contenidas en el flujo mixto de aire.

En la Figura 2 se representa otro modo de ejecución. Para la mejora adicional de la eficiencia del sistema global se lleva a cabo la expansión en dos turbinas T1 y T2. En este caso se expande primero parcialmente sólo el flujo de aire de purga altamente energético en la turbina T1, antes de efectuar una mezcla de ambos flujos de aire, flujo de aire de purga y flujo de aire ambiental comprimido. En la turbina T2 se lleva a cabo entonces la expansión residual del flujo mixto de aire, después de haberlo deshumidificado en el circuito de separación del agua. La gran ventaja de esta arquitectura del sistema estriba en la mezcla de ambos flujos de aire entre ambas turbinas T1 y T2. Este desalineamiento del punto de mezcla "X" tiene la consecuencia de que el aire ambiental succionado se tiene que comprimir ahora a una menor presión. Por ello se reduce la potencia absorbida necesaria del compresor C1 y se posibilita un mejor diseño (regulación) de la rueda del compresor C1 a las diferentes condiciones de operación (estancia en el suelo y/o permanencia en máxima altitud de vuelo), lo que se presenta mayores eficiencias de la rueda.

Como resultado del empleo de la segunda turbina T2 se ofrecen posibilidades adicionales de optimización de la arquitectura del sistema. Por lo tanto, puede integrarse un separador adicional de agua WE 1 para la conexión para el funcionamiento en el suelo o a bajas alturas de vuelo. El fluido precipitado debe separarse por este medio ya antes de la primera expansión del flujo de aire de purga en la turbina T1, que se condensa después de atravesar el intercambiador de calor primario PHX y el intercambiador de calor REH. Por una parte, se separa ya así una parte de la humedad contenida, reduciéndose por otra parte el peligro de un daño de la turbina T1 por las gotitas libres de agua.

Para el modo de vuelo se origina para el aire ambiental una conexión, como se describió ya de manera comparable para la Figura 1. También aquí se lleva a cabo una derivación de los componentes separadores de agua, puesto que no se necesita ninguna deshumidificación, y también una derivación de la siguiente turbina T2. El aire de purga se expande en vuelo a grandes alturas únicamente en la turbina T1. La turbina T2 se deriva, por tanto, para ambos flujos de aire. Esto posibilita y presenta la ventaja de que esta función de derivación T2 de ambos flujos de aire separados en el circuito puede efectuarse a través de una válvula común BPV1. Opcionalmente puede emplearse también para cada flujo de aire una válvula de derivación independiente (ver también la Figura 3).

En el caso de la arquitectura representada en la Figura 2, las ruedas, o sea la rueda del ventilador F, la rueda del compresor C1 y las ruedas de turbina T1 y T2 se disponen como sigue. Se lleva a cabo un acoplamiento de ambas ruedas de turbina T1 y T2 sobre el mismo eje con la rueda del compresor C1 con motor y/o generador M/G adicional opcional. En cambio, la rueda del ventilador se desacopla de las demás ruedas y se acciona con un motor independiente M, que sólo es necesario para el funcionamiento en tierra.

La Figura 3 presenta otra etapa de desarrollo del sistema de climatización constituida a partir de la versión representada en la Figura 2. En este contexto se demuestra, que una conexión modificada de las ruedas proporciona ventajas adicionales, disponiéndose las ruedas de turbina T1 y T2 sobre dos ejes independientes. En la variante representada con compresión en una etapa del aire ambiental se dispone, por consiguiente, la rueda del compresor C1 con la rueda de la turbina T1 sobre un eje opcionalmente accionado a motor, disponiéndose, en cambio, la rueda de la turbina T2 con la rueda del ventilador F sobre un eje. Como la energía obtenida a través de la rueda de la turbina T2 durante la expansión del flujo mixto de aire no puede consumirse completamente, en función del diseño, a través de la rueda del ventilador F, puede instalarse opcionalmente sobre este eje un generador adicional, transformándose una parte de la energía de expansión obtenida en eléctrica energía y emplearse así para el funcionamiento de la máquina motorizada de ciclo de aire ACM y/o de la instalación frigorífica de vapor VCS. Por otra parte, el eje se puede equipar con la rueda de ventilador, la turbina T2 y opcionalmente el generador G en el modo de vuelo fuera de funcionamiento, pues según el diseño en el caso de operación ni la rueda del ventilador F ni incluso la turbina T2 pueden ser necesarias. La extracción del aire de alimentación (ram air) que sirve como flujo de aire frío se lleva a cabo en vuelo mediante la presión dinámica existente. Ambos flujos de aire derivan la rueda de la turbina T2, así como el circuito de separación del agua, en el modo de vuelo, ya que no se necesita ninguna deshumidificación y, además, se puede reducir la presión necesaria del aire de purga.

Por lo tanto, la segunda turbina T2 puede emplearse para un sistema de aprovechamiento ulterior del aire de la cabina (cabin air recovery). En este contexto se conduce una parte del aire de la cabina mediante la apertura de una válvula de escape de la cabina COV1 (cabin outflow valve) a través de la etapa de la turbina T2, antes de que se transfiera a través de la válvula COV2 al ambiente. En este caso, la energía mecánica obtenida durante la expansión del aire de la cabina desde la presión de la cabina hasta la presión ambiental en la turbina T2 se transforma en energía eléctrica mediante el generador situado sobre el eje. Para evitar un reflujo del aire fresco preparado (aire de purga y aire ambiental), se tiene que cerrar la válvula TSV. Después de la turbina T2 y la toma para el ambiente se tiene que instalar una válvula de retención CVT.

Además de la disposición modificada de las ruedas, en la Figura 3 respecto a la Figura 2 se emplea incluso un intercambiador de calor REH1 adicional, utilizado como recalentador. Con este intercambiador de calor REH1 se calienta ligeramente el flujo de aire de purga tras la separación del agua libre incluso antes de la admisión en la turbina T1, evaporándose las restantes gotitas de agua libres. Por el lado contrario se lleva a cabo con este intercambiador de calor otro enfriamiento del flujo de aire de purga, lo que mejora la condensación del vapor de agua y proporciona, por tanto, un mayor grado de separación.

El sistema de climatización representado en la Figura 4 ofrece diferentes conexiones, de forma que sea posible accionar el sistema tanto como un sistema de mezcla de aire de aire de purga y aire ambiental, como el descrito hasta ahora, como también como sistema puro de aire ambiental.

Dado que el sistema representado en la Figura 4 permite un diseño más flexible, se obtienen ventajas adicionales para el sistema de mezcla del aire frente a lasa ejecuciones descritas en las Figuras 1, 2 y 3, que conducen a una mayor eficiencia del sistema global. A esto contribuye la compresión en dos etapas mediante los compresores correspondientes C1 y C2. Por lo tanto, se desarrollan dos máquinas de ciclo de aire ACM1 y ACM2 independientes, en las que, en cada caso, se dispone una rueda del compresor con una rueda de la turbina sobre un eje común. Éstas pueden diseñarse de forma óptima mediante la creación de dos máquinas independientes. En este contexto, la energía que necesita la etapa del compresor C1 es suministrada por la etapa de turbina T2 y un motor integrado eventualmente, y la energía que necesita la etapa del compresor es suministrada por la etapa de turbina T1 con posible motor adicional. Además puede disponerse en cada máquina una rueda del ventilador F, que, por otra parte, puede operar también independientemente a través de un motor independiente.

Para conseguir la compresión en dos etapas, se abre una válvula de transferencia SOV1 (shut off valve), alimentando, por tanto, el flujo de aire ambiental comprimido de la etapa del compresor C1 en el compresor C2, donde se efectúa entonces la segunda compresión. Para evitar un reflujo tras la primera etapa del compresor C1 al ambiente, se integra una válvula de retención CVC1 en la segunda conducción para el aire ambiental. Tras la compresión en dos etapas se lleva a cabo el enfriamiento del flujo de aire ambiental comprimido a través del intercambiador principal de calor MHX, antes de que el flujo de aire ambiental se agregue al flujo de aire de purga en el punto de mezcla entre ambas turbinas T1 y T2. Para obtener otra mejora de la deshumidificación y/o un mayor rendimiento de refrigeración, se hace una modificación de la instalación frigorífica de vapor VCS. En este contexto, se conecta al primer evaporador EVP/CON un segundo evaporador EVP1/CON1 en paralelo, regulándose la distribución del refrigerante dentro de la instalación frigorífica de vapor a través de una válvula de regulación VCV1 adicional. Este evaporador/condensador adicional EVP1/CON1 se integra en el flujo de aire de purga detrás del intercambiador de calor primario PHX. Así, el flujo del aire de purga experimenta, después de pasar a través del intercambiador de calor primario PHX, un enfriamiento adicional en el evaporador/condensador EVP1/CON1, aumentando la condensación del vapor de agua contenido en el flujo de aire de purga. Existe además la posibilidad de reducir y adaptar de forma óptima el rendimiento de refrigeración de la turbina T1 y, por tanto, la presión necesaria del aire de purga en la válvula de regulación del flujo FCV.

En los casos de error o determinadas condiciones de vuelo, existe la posibilidad de agregar una parte del aire ambiental, comprimido en el compresor C1, al flujo de aire de purga incluso antes del intercambiador de calor primario PHX, a través de la válvula de transferencia SOVB. Para ello se tiene que cerrar la válvula de transferencia SOV1 y que abrir la válvula de transferencia SOVB. A través del compresor C2 se suministra además, cuando sea posible (consideración de caso de error), aire ambiental al único circuito y se introduce en el punto inicial de mezcla.

Un sistema puro de aire ambiental se realiza mediante una compresión desacoplada. En este contexto el compresor C1 asume la elaboración del "flujo de aire de purga". Por lo tanto, esta etapa del compresor exige una mayor compresión del flujo de aire ambiental. Para introducir el aire ambiental impulsado por el compresor C1 en el "circuito del aire de purga", se cierran tanto la válvula de transferencia SOV1 como también la válvula de regulación del paso FCV/SOV y se abre la válvula de transferencia SOVB. En el diseño de un sistema puro de aire ambiental se suprimiría el sistema completo de tuberías para el aire de purga del propulsor y, por tanto, también la válvula de regulación del flujo FCV/SOV. El desarrollo posterior de ambos flujos de aire continúa inalterado, como se describe para las variantes previas del sistema. Continúa manteniéndose especialmente la mezcla de dos flujos de aire entre dos etapas de turbina y antes de un enfriamiento mediante una instalación frigorífica de vapor con la subsiguiente separación de agua.

Para la operación de vuelo se origina, independientemente de si el sistema de climatización se describe como sistema de mezcla del aire o sistema puro de aire ambiental, otra posibilidad de conexión. En este contexto existe la posibilidad, en función del diseño y la disponibilidad, de expandir en una de las turbinas T1 ó T2 el aire altamente comprimido, que se enfría en el intercambiador de calor primario PHX.

Mediante la apertura de la válvula ATV1 se lleva a cabo una derivación de ambos intercambiadores de calor REH1 y REH y del primer separador de agua WE1, de forma que el flujo de aire se introduzca directamente en la turbina T1. Para hacer posible una expansión a la presión de la cámara de mezcla, se abre además la válvula de derivación BPV2 y se evita, por tanto, también el circuito de separación del agua. Para facilitar un aprovechamiento de la turbina T2 en el modo de vuelo, se tienen que abrir las válvulas ATV1, TCV1 y ATV2. En caso de que falle cualquier máquina (ACM1 o ACM2), la presión existente en el flujo de aire de purga puede transformarse mediante la expansión, por tanto, en potencia de refrigeración en una de ambas etapas de turbina T1 o T2.

La Figura 5 presenta otra etapa del desarrollo del sistema de climatización para aviones descrito en la Figura 4. Aquí se lleva a cabo una nueva disposición de las ruedas. La máquina de ciclo de aire de tres ruedas ACM1 está constituida aquí por la rueda del ventilador F1, la rueda del compresor C1 y la rueda de la turbina T1, así como un motor/generador M/G opcional. La máquina propulsada de tres ruedas ACM2 se compone de las ruedas F2, C2 y T2.

Mediante la ejecución de la máquina de ciclo de aire ACM1 y ACM2 con rueda del ventilador se obtiene una redundancia para el funcionamiento en tierra, es decir, también en el caso de fallo de una de las máquinas de ciclo de aire se encuentra aún disponible una extracción del flujo de aire frío (ram air). Por lo tanto, siempre puede emplearse la instalación - aunque también con reducido rendimiento -. Por una parte, mediante el fallo de una máquina de ciclo de aire se reduce el flujo de aire ambiental para la cabina; por otra parte, disminuye el rendimiento de refrigeración de los intercambiadores de calor del aire de alimentación (flujo reducido de aire frío).

Para el funcionamiento como sistema de mezcla del aire no se obtiene ninguna variación para los flujos de aire en comparación con la variante descrita en la Figura 4.

Para un sistema puro de aire ambiental se obtienen dos circuitos de aire independientes, esencialmente autosuficientes, como resultado de la disposición modificada de las ruedas de la máquina de ciclo de aire y la rueda adicional del ventilador F2, con separación de agua. Por lo tanto, cada circuito comprende la compresión del aire ambiental, doble enfriamiento (intercambiador de calor de aire de alimentación y evaporador/condensador) antes de la separación de agua WE y expansión en la turbina. El circuito 1 en la Figura 5 resulta como sigue:

C1 - SOVB - PHX - EVP1/CON1 - REH1 - REH - WE1 - REH1 - T1 - BPV2 - Mezclador

El circuito 2 resulta como sigue:

CVC1 - C2 - MHX - CVA - EVP/CON - WE - REH - T2 - Mezclador

En comparación con la Figura 4, la instalación frigorífica combinada de vapor VCS (dos evaporadores/condensado-
res paralelos) se divide en dos instalaciones independientes de vapor frío VCS y VCS1.

Para conseguir una regulación del caudal para los flujos de aire de los circuitos independientes, se efectúan dos dos medidas del caudal mediante inyectores Venturi. Para el circuito del aire de purga se lleva a cabo la medida del caudal entre el punto de mezcla "Y" (tras el FCV/SOV y SOVB) y el intercambiador de calor primario PHX. La medida del caudal en el circuito de aire ambiental se efectúa tras la segunda etapa del compresor C2, pudiendo escogerse, en cambio, a voluntad la colocación antes o después del intercambiador de calor de aire de alimentación MHX. Además debería tenerse en cuenta opcionalmente una medida del caudal para la corriente completa de aire, por ejemplo, en la compuerta de descarga de equipaje, en vez de las medidas de las corrientes parciales de aire. En vez de la medida del caudal con un inyector Venturi puede utilizarse también un sensor de flujo.

Claims

1. Sistema de climatización para aviones con un punto de mezcla (X), en el que se combina un flujo de aire de purga preenfriada con un flujo de aire ambiental comprimida y preenfriada para obtener un flujo mixto de aire, medios de deshumidificación del flujo mixto de aire, medios (T2) de expansión del flujo mixto de aire y conductos para la conducción del flujo mixto de aire a la zona a climatizar, caracterizado porque los medios de deshumidificación del flujo mixto de aire comprenden un condensador (EVP/CON), a través del cual se conducen ambas flujos de aire cargados de humedad mezcladas en el punto de mezcla (X) con aumento del tamaño de las gotitas contenidas en las corrientes de aire y se enfrían por intercambio de calor con un fluido refrigerante con evacuación de agua por condensación, y porque inicialmente sólo el flujo de aire de purga se expande parcialmente mediante una turbina (T1), antes de que se lleve a cabo una mezcla de ambas corrientes de aire, corriente de aire de purga y corriente de aire ambiental comprimido.

2. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 1, caracterizado porque el punto de mezcla (X) se forma como dispositivo de coalescencia de gotas.

3. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el fluido refrigerante utilizado en el condensador (EVP/CON) es líquido, gaseoso o bifásico.

4. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el fluido refrigerante es un refrigerante bifásico de un circuito de refrigerante.

5. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el fluido refrigerante es un carburante líquido, preferentemente queroseno.

6. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por una bomba para el fluido refrigerante, unida mecánicamente a una etapa de la turbina, como un compresor presente en el circuito refrigerante para el fluido refrigerante.

7. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una bomba para el fluido refrigerante y/o un compresor del circuito refrigerante del fluido refrigerante se impulsan mediante un propulsor eléctrico.

8. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque una etapa de la turbina para el impulso de una instalación frigorífica de vapor (VCS) puede ser una turbina de una máquina de ciclo de aire, una turbina de reactor o una etapa separada de la turbina, alimentada por una célula de combustible.

9. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se proveen un intercambiador de calor de aire de alimentación (MHX) y un intercambiador de calor primario (PHX), alimentados con aire de alimentación.

10. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 9, caracterizado porque el intercambiador de calor de aire de alimentación (MHX) está conectado aguas arriba en serie con el intercambiador de calor primario (PHX).

11. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 9, caracterizado porque el intercambiador de calor de aire de alimentación (MHX) y el intercambiador de calor primario (PHX) se disponen en paralelo o parcialmente en paralelo y parcialmente en serie.

12. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque se inyecta agua en el aire de alimentación antes del intercambiador de calor de aire de alimentación
(MHX).

13. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 12, caracterizado porque el agua se inyecta desde por lo menos un separador de agua (WE) y/o como agua introducida adicionalmente.

14. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque el aire de alimentación se alimenta con una turbina de ventilador (F).

15. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por contener por lo menos una etapa de turbina (T2).

16. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque existe por lo menos una etapa del compresor para la compresión del aire ambiental.

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17. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 15 o 16, caracterizado porque se conecta un intercambiador de calor (REH) aguas arriba de la turbina (T2).

18. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 17, caracterizado porque el aire de purga fluye a través del intercambiador de calor (REH).

19. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 18, caracterizado porque el aire de purga se enfría en el intercambiador de calor (REH) antes de su mezcla con el aire ambiental.

20. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por válvulas antirretorno (CVA y CVB) antes del punto de mezcla.

21. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 20, caracterizado por una válvula de derivación (BPV), a través de la cual se conduce el aire ambiental alrededor de los medios de expansión (T2) y/o en torno a los componentes separadores de agua conectados aguas arriba de los medios de expansión, incluyendo el intercambiador de calor (REH).

22. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque por lo menos una etapa de la turbina (T1 o T2) está equipada con una válvula de regulación de la temperatura (TCV), que puede emplearse como derivación de la turbina (T1 o T2) y/o como válvula de regulación para el control de la temperatura.

23. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 22, caracterizado por una válvula de altitud (ATV) como derivación para el aire de purga alrededor de los componentes separadores de agua, así como del intercambiador de calor (REH).

24. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 23, caracterizado por una válvula de descarga (SV) para la descarga a la salida del compresor en el caso de una contrapresión demasiado alta del compresor y/o un caudal demasiado pequeño del compresor.

25. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se provee una máquina de ciclo de aire, equipada con varias etapas de turbina (T1, T2).

26. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se provee una máquina de ciclo de aire, unido con varias etapas de turbina (T1, T2) y con una rueda del ventilador
(F).

27. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se provee una máquina de ciclo de aire, unido con varias etapas de turbina (T1, T2) y con una o varias etapas del compresor (C1, C2).

28. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se provee una máquina de ciclo de aire, unido con varias etapas de turbina (T1, T2) y con una o varias etapas del compresor (C1, C2) y una rueda del ventilador (F).

29. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se provee una máquina de ciclo de aire, que se dispone sobre un eje con otro otro propulsor eléctrico y/o generador.

30. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 25 a 29, caracterizado porque existen una o varias máquinas de ciclo de aire.

31. Sistema de climatización para aviones según al menos una de las Reivindicaciones 25 a 30, caracterizado por presentar, además de por lo menos una máquina de ciclo de aire, también un compresor accionado a propulsor y/o una rueda del ventilador accionada a propulsor (F) y/o un compresor accionado a propulsor con rueda del ventilador
(F).

32. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire ambiental comprimido y preenfriado en el intercambiador de calor de aire de alimentación (MHX) puede añadirse tras la primera turbina (T1).

33. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire de purga puede alimentarse directamente a la turbina (T1) tras el preenfriamiento en el intercambiador de calor primario (PHX).

34. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire de purga puede predeshumidificarse en un separador de agua (WE1) tras el preenfriamiento en el intercambiador de calor primario (PHX), y alimentarse a la turbina (T1).

35. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire de purga, tras el preenfriamiento en el intercambiador de calor primario (PHX), puede conducirse a través de un intercambiador de calor (REH) hasta el separador de agua (WE1) y alimentarse entonces a la turbina (T1).

36. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado por una válvula de derivación (BPV), mediante la cual puede derivarse una turbina (T2) con los componentes separadores de agua conectados aguas arriba de ésta, incluyendo el intercambiador de calor conectado aguas arriba (REH), pudiendo conmutarse o bien ambas corrientes de aire a través de una válvula o bien las corrientes de aire por separado a través de válvulas individuales (BPV1 y/o BPV2).

37. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire de purga puede conducirse, tras el preenfriamiento en el intercambiador de calor primario (PHX), a través de dos intercambiadores de calor (REH1, REH) hasta un separador de agua (WE1) y alimentarse entonces a la turbina (T1), pudiendo alimentarse un intercambiador de calor (REH1) exclusivamente con aire de purga.

38. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque una turbina (T2) puede alimentarse en vuelo a grandes alturas con aire de evacuación de la cabina, cerrándose una válvula de bloqueo (TSV) de la turbina (T2) y abriéndose, al mismo tiempo, las válvulas de evacuación de la cabina (COV1, COV2), existiendo una válvula (válvula de retención de la turbina CVT), que evita un reflujo de aire de la cabina y/o aire fresco climatizado.

39. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire de purga puede enfriarse ulteriormente en el condensador (EVP1/CON1) tras el preenfriamiento en el intercambiador de calor primario (PHX).

40. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado por una válvula de regulación (VCV1), a través de la cual puede regularse la relación entre un condensador (EVP1/CON1) y otro condensador (EVP/CON).

41. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque una etapa del compresor (C1) puede conectarse aguas arriba de un compresor (C2) en el caso de una válvula de bloqueo cerrada (SOVB) y una válvula de bloqueo abierta (SOV1), evitándo una válvula antirretorno (CVC1) un reflujo al ambiente.

42. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 41, caracterizado porque la válvula de bloqueo (SOVB) puede remplazarse por una válvula antirretorno.

43. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 41, caracterizado porque, en el caso de que la válvula de bloqueo (SOVB) esté abierta y la válvula de bloqueo (SOV1) cerrada, el aire comprimido en el compresor (C1) puede alimentarse en el conducto de distribución tras la válvula reguladora del caudal (FCV), pudiendo bloquearse la alimentación de aire de purga en este contexto mediante una válvula (FCV) y pudiendo añadirse el aire ambiental al aire de purga tras la válvula (FCV), estando la válvula (FCV) al menos parcialmente abierta.

44. Sistema de climatización para aviones acorde a la Reivindicación 41, caracterizado porque el compresor (C2) presenta una derivación con válvula antirretorno (CVC2), para tener una derivación favorable en términos de flujo para el compresor en caso de parada del compresor.

45. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado por una válvula de altitud (ATV2) a través de la cual es posible una derivación del circuito de separación del agua (EVP/CON, WE, REH) y posibilitándose mediante la apertura de esta válvula de altitud (ATV2) una expansión en dos etapas del aire de purga con derivación de los componentes separadores de agua para el aire de mezcla, pudiendo derivarse la turbina (T1) cuando se abre adicionalmente otra válvula de altitud (ATV1) y pudiendo derivarse también el circuito de separación del agua (W1) cuando se abre además la otra válvula de altitud (ATV1).

46. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el compresor (C_{1}, C2) está conectado a una turbina (T2, T1).

47. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire de purga puede enfriarse ulteriormente en el condensador (EVP1/CON1), tras el preenfriamiento en el intercambiador de calor primario (PHX), teniendo este condensador un circuito de fluido propio.

48. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque existen dos máquinas de ciclo de aire, pudiendo accionarse de manera considerablemente independiente una de otra mediante apertura de una válvula de derivación (BPV2) y pudiendo accionarse, por tanto, también como dos sistemas completos de ciclo de aire con, en cada caso, un sistema propio de separación de agua.

49. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque las turbinas de ventilador (F1, F2) pueden accionarse tanto en paralelo o también en serie una respecto a otra.

50. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque la medida del caudal puede efectuarse con un inyector Venturi o un sensor eléctrico de flujo en la respectiva corriente de aire fresco o en el flujo mixto de aire.

51. Sistema de climatización para aviones acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque es posible la regulación del caudal mediante una válvula reguladora del caudal (FCV) y el régimen del propulsor, así como mediante las válvulas regulables en el sistema.