ES2942450T3 - Intercambiador de enfriamiento de un aire primario caliente por un aire secundario frío y sistema de aire acondicionado equipado con un intercambiador de este tipo - Google Patents

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Jean-Raymond Blary
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Abstract

Intercambiador (16) de refrigeración de aire primario caliente por aire secundario frío, que comprende: una pluralidad de canales de circulación del aire secundario (80); una pluralidad de canales de circulacion de aire primario, caracterizado porque comprende ademas: canales de circulacion de agua (83) cada uno de los cuales se extiende junto a un canal secundario (80); Barras huecas microperforadas (63) para atomizar agua, que se extienden cada una junto a un canal primario (60) y que están conectadas en forma fluida a las barras huecas microperforadas para poder recalentar el agua interactuando con el aire primario antes de la atomización en el flujo de aire primario a la entrada del intercambiador. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Intercambiador de enfriamiento de un aire primario caliente por un aire secundario frío y sistema de aire acondicionado equipado con un intercambiador de este tipo
Campo técnico de la invención
La invención se refiere a un intercambiador de enfriamiento de un aire primario caliente por un aire secundario frío. La invención se refiere, más particularmente, a un intercambiador de enfriamiento de este tipo, más conocido bajo la denominación de intercambiador primario de enfriamiento o bajo el acrónimo inglés MHX para Main Heat Exchanger (Intercambiador de calor principal), destinado a equipar un sistema de aire acondicionado de una cabina de un vehículo de transporte aéreo o ferroviario. La invención se refiere, igualmente, a un sistema de aire acondicionado de una cabina de un vehículo de transporte aéreo o ferroviario que comprende un intercambiador de calor de este tipo.
Antecedentes de la técnica
En todo el texto, el término "cabina" designa cualquier espacio interior de un vehículo de transporte aéreo o ferroviario cuya presión y/o temperatura del aire debe controlarse. Puede tratarse de una cabina para pasajeros, del habitáculo de pilotaje de una aeronave, de una bodega y, de manera general, de cualquier zona del vehículo que necesita un aire a una presión y/o una temperatura controlada. El término "turbina" designa un dispositivo rotatorio destinado a utilizar la energía cinética del aire para hacer girar un árbol que soporta las palas de la turbina. El término "compresor" designa un dispositivo rotatorio destinado a aumentar la presión del aire que recibe en la entrada.
Un sistema de aire acondicionado de una cabina de un vehículo de transporte, tal como, por ejemplo, una aeronave, comprende, de manera conocida, un dispositivo de toma de aire comprimido de al menos un compresor de un motor de la aeronave (tal como, por ejemplo, un motor de propulsión o un motor auxiliar de la aeronave).
Un sistema de aire acondicionado conocido de este tipo comprende, igualmente, una turbomáquina de ciclo de aire que comprende al menos un compresor y una turbina acoplados mecánicamente uno al otro, comprendiendo dicho compresor una entrada de aire conectada a dicho dispositivo de toma de aire comprimido y una salida de aire y comprendiendo dicha turbina una entrada de aire y una salida de aire conectada a dicha cabina, para poder alimentarla de aire a presión y temperatura controladas.
Según una variante, el compresor de la turbomáquina de ciclo de aire está alimentado directamente por aire ambiente tomado en el exterior de la aeronave y la compresión del aire está asegurada directamente por el compresor de la turbomáquina de ciclo de aire.
Sea cual sea el modo de alimentación de aire comprimido del sistema, comprende, en general, igualmente, al menos un intercambiador de calor, denominado intercambiador principal de enfriamiento, dispuesto en un canal de circulación de aire dinámico tomado en el exterior de la aeronave, entre dicha salida de aire de dicho compresor y dicha entrada de aire de dicha turbina, comprendiendo dicho intercambiador principal un circuito primario alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho compresor y un circuito secundario alimentado por dicho aire dinámico que forma un flujo de aire frío destinado a enfriar dicho flujo de aire caliente.
Por último, un sistema de aire acondicionado comprende, igualmente, en general, un bucle de extracción de agua dispuesto entre dicho intercambiador de calor principal y dicha turbina y configurado para extraer el agua del flujo de aire caliente enfriado por dicho intercambiador principal que alimenta dicha turbina.
Algunos sistemas prevén, igualmente, disponer una conducción de distribución de agua extraída por dicho bucle de extracción entre dicho bucle de extracción de agua y pulverizadores de agua alojados en dicho canal de aire dinámico, muy aguas arriba de dicho intercambiador principal y configurados para poder pulverizar esta agua extraída por dicho bucle de extracción de agua a contracorriente del flujo de aire dinámico de dicho canal de aire dinámico para favorecer su evaporación en el flujo de aire antes de que el aire penetre en el intercambiador principal de enfriamiento.
Esta inyección de agua líquida en forma de gotitas en el canal de circulación de aire dinámico, designado más comúnmente por los términos de canal de aire ambiente o de canal RAM de aire, aguas arriba del intercambiador de enfriamiento, permite bajar la temperatura del aire en la entrada del paso frío del intercambiador de enfriamiento. En efecto, esta agua, evaporándose, absorbe calor y permite, por lo tanto, bajar la temperatura del aire.
El documento de patente US200911784 a nombre del solicitante describe, por ejemplo, un sistema de aire acondicionado de este tipo. Un sistema según este modo de realización se utiliza de ahora en adelante ampliamente en un cierto número de aeronaves. Siendo esto así, uno de los inconvenientes de esta solución es que necesita una gran longitud de canal de circulación de aire dinámico aguas arriba del intercambiador de calor para instalar ahí los pulverizadores.
El documento US 2002/121103 A1 describe un intercambiador de enfriamiento según el preámbulo de la reivindicación i.
Los inventores han buscado desarrollar un intercambiador de calor compacto dedicado, en concreto, a equipar un sistema de aire acondicionado de una cabina de un vehículo de transporte aéreo o ferroviario, en particular, un sistema equipado con una conducción de distribución de agua extraída por el bucle de extracción de agua con destino al canal de circulación de aire dinámico.
Objetivos de la invención
La invención tiene como propósito proporcionar un intercambiador de calor compacto destinado, en concreto, a equipar un sistema de aire acondicionado de un vehículo de transporte aéreo o ferroviario.
La invención tiene como propósito, igualmente, proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un intercambiador de calor de este tipo que presenta prestaciones de enfriamiento mejoradas con respecto a los intercambiadores conocidos.
La invención tiene como propósito, igualmente, proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un intercambiador de calor compacto que puede alojarse en canales de circulación de aire dinámico más cortos que los necesarios actualmente para formar un sistema de aire acondicionado.
La invención tiene como propósito, igualmente, proporcionar un sistema de aire acondicionado de una cabina de un vehículo de transporte, tal como una aeronave, equipado con un intercambiador según la invención.
Exposición de la invención
Para ello, la invención se refiere a un intercambiador de enfriamiento de un aire primario caliente por un aire secundario frío que comprende:
- una pluralidad de canales superpuestos de circulación de dicho aire secundario, denominados canales secundarios, que se extienden cada uno según una misma dirección, denominada dirección secundaria, entre una entrada de aire, denominada entrada de aire secundario y una salida de aire, denominada salida de aire secundario,
- una pluralidad de canales de circulación de dicho aire primario, denominados canales primarios, intercalados cada uno entre dos canales secundarios y que se extienden según una misma dirección, denominada dirección primaria, distinta de dicha dirección secundaria, entre una entrada de aire, denominada entrada de aire primario y una salida de aire, denominada salida de aire primario, para permitir intercambios térmicos entre el aire primario de dichos canales primarios y el aire secundario de dichos canales secundarios.
Un intercambiador según la invención está caracterizado por que comprende, además:
- canales de circulación de agua, que se extienden cada uno adyacente a un canal secundario según dicha dirección secundaria en la proximidad de las salidas de aire primario entre una entrada de agua y una salida de agua para permitir el recalentamiento de esta agua por intercambios térmicos con dicho flujo de aire primario de dichos canales primarios,
- barras huecas microperforadas de pulverización de agua, que se extienden cada una adyacente a un canal primario según dicha dirección primaria, entre una entrada de agua conectada de forma fluida a al menos una salida de agua de dichos canales de circulación de agua y microperforaciones de pulverización de agua que desembocan hacia las entradas de aire secundario para permitir una evaporación del agua recalentada pulverizada en la entrada de dichos canales secundarios que contribuye, de este modo, a enfriar el flujo de aire secundario en la entrada del intercambiador.
El intercambiador de calor según la invención presenta la particularidad de comprender, por una parte, canales de circulación de agua dispuestos cada uno a lo largo de un canal secundario para poder asegurar, cuando estos canales de circulación de agua se alimentan de agua, intercambios térmicos entre el agua que circula en los canales de circulación de agua y el aire que circula en los canales primarios y, por otra parte, barras huecas de pulverización de agua dispuestas cada una a lo largo de un canal primario para poder pulverizar el agua recalentada directamente en el flujo de aire secundario, en la entrada del intercambiador, que alimenta los canales secundarios del intercambiador.
En otros términos, el intercambiador según la invención permite combinar las funciones de enfriamiento del flujo de aire primario caliente por el flujo de aire secundario frío (por la presencia de los canales primarios y secundarios anidados) y las funciones de pulverización de agua en el flujo de aire frío en la entrada del intercambiador (por la presencia de los canales de circulación de agua y de las barras huecas de pulverización).
El intercambiador según la invención está configurado de tal modo que la pulverización de agua pueda hacerse directamente en la entrada del intercambiador y no muy aguas arriba del intercambiador, como este era el caso para los sistemas de la técnica anterior. Esto se hace posible por el hecho de que el agua se recalienta por la presencia de los canales de circulación de agua que están en interacciones térmicas con el flujo de aire primario caliente que circula en los canales primarios. En particular, estando el agua más caliente que en los sistemas anteriores, el agua pulverizada con un intercambiador según la invención se evapora más rápidamente que en las soluciones de la técnica anterior. Este aumento de temperatura del agua permite, por lo tanto, acelerar el tiempo de evaporación y, por lo tanto, limitar el trayecto necesario entre la pulverización de agua y la entrada del intercambiador.
Por lo tanto, un intercambiador según la invención puede equipar ventajosamente un sistema de aire acondicionado más compacto que los sistemas de la técnica anterior, evitando, en concreto, tener que disponer los pulverizadores de agua muy aguas arriba del intercambiador.
Ventajosamente y según la invención, dichos canales primarios y dichos canales secundarios están delimitados por una pluralidad de placas paralelas conectadas unas a las otras alternativamente por barras de cierre, que se extienden sobre dos lados opuestos de los canales primarios y secundarios para delimitar pasajes de aire, estando dichas barras huecas microperforadas de pulverización de agua formadas por las barras de cierre de los canales primarios que se extienden de un lado de las placas paralelas en la proximidad de las entradas de aire secundario y estando dichos canales de circulación de agua formados por las barras de cierre de los canales secundarios que se extienden en la proximidad de las salidas de aire primario.
Según esta variante ventajosa, se delimitan los canales primarios y secundarios, por encima y por debajo, por placas superpuestas paralelas entre sí y a cada lado por barras de cierre, denominadas respectivamente barras de cierre primario y barras de cierre secundario.
Además y según esta variante, las barras huecas de pulverización de agua que forman rampas de inyección de agua en el flujo de aire frío secundario están integradas en las barras de cierre primario al nivel de la boca de entrada del flujo de aire secundario frío.
Según esta variante, la función de precalentamiento del agua está asegurada por las barras huecas de cierre secundario al nivel de la salida del flujo de aire caliente primario.
Estas barras de cierre pueden ser de cualquier tipo y dependen de las aplicaciones que se tienen como propósito y, en concreto, del caudal de agua considerado por las aplicaciones. Estas barras pueden ser tubos extrudidos más o menos anchos o complejos según las aplicaciones.
Ventajosamente y según la invención, dichas barras huecas microperforadas formadas por dichas barras de cierre primarias comprenden cada una un pasaje interno que se extiende según la dirección primaria abriéndose sobre dicha entrada de agua y microperforaciones que se extienden según dicha dirección secundaria a partir de dicho pasaje interno para poder alimentarse por este pasaje interno.
Ventajosamente y según la invención, dichos canales de circulación de agua formados por dichas barras de cierre secundarias comprenden cada uno un tubo que se extiende según la dirección secundaria abriéndose sobre dicha entrada de agua y una salida de agua que se extiende según dicha dirección primaria.
Según otras variantes de realización, los canales primarios y secundarios están formados por un intercambiador resultante de un procedimiento de fabricación aditiva, tal como la impresión 3D. Según este modo de realización, los canales de circulación de agua y las barras microperforadas proceden, igualmente, del procedimiento de fabricación aditiva directamente. En otros términos, la estructura del intercambiador, puede, según este modo de realización de la invención, obtenerse directamente por un procedimiento de fabricación aditiva, de modo que las placas superpuestas y las barras de cierre ya no son necesarias para formar los canales primarios, secundarios, los canales de circulación de agua y las barras huecas microperforadas.
Ventajosamente y según la invención, el intercambiador comprende un colector de agua en el que desembocan dichas salidas de los canales de circulación de agua y un distribuidor de agua que desemboca en dichas entradas de dichas barras microperforadas, estando el colector de agua conectado de forma fluida a dicho distribuidor de agua por un entubado de conexión.
Un intercambiador según esta variante comprende un colector de agua configurado para recibir el agua que proviene de todas las salidas de agua de los canales de circulación de agua y un distribuidor configurado para poder distribuir el agua recalentada por los canales de circulación de agua y recogida por el colector a todas las barras huecas microperforadas.
Un intercambiador según esta variante facilita las operaciones de circulación de agua entre los canales de circulación de agua y las barras huecas microperforadas.
Ventajosamente y según la invención, el intercambiador comprende una entrada común de aire primario que desemboca en dichas entradas de aire primarias de los canales primarios y una salida de aire común de aire primario en la que desembocan dichas salidas de aire primario de dichos canales primarios.
Un intercambiador según esta variante facilita las operaciones de alimentación de aire primario caliente del intercambiador y de recuperación del aire primario caliente enfriado por el intercambiador.
Ventajosamente y según esta variante, dichos colector de agua, distribuidor de agua, entrada común de aire primario y la salida común de aire primario están formados en una sola pieza.
Ventajosamente y según la invención, dichas dirección primaria y secundaria son perpendiculares una a la otra para formar un intercambiador transversal.
Según esta variante ventajosa, los flujos de aire caliente y frío son transversales. En otros términos, los canales primarios por los que el aire caliente a enfriar está destinado a circular se extienden según una dirección perpendicular a la dirección a lo largo de la que se extienden los canales secundarios por los que el aire frío está destinado a circular.
Ventajosamente y según la invención, cada canal primario presenta una forma general de U, de modo que la entrada primaria es adyacente a la salida primaria.
Según este modo de realización, cada canal primario presenta una forma general de U constituida por dos ramales y por una tubería redondeada de extremo que conecta de forma fluida los dos ramales de la U. Esto permite, por una parte, obtener la entrada de aire primario adyacente a la salida de aire primario (formando los extremos de cada uno de los ramales de la U respectivamente la entrada de aire y la salida de aire) y, por otra parte, enfriar el flujo de aire caliente dos veces por el flujo de aire secundario frío (haciendo cada canal primario una ida y vuelta sobre los canales secundarios), limitando al mismo tiempo el espacio necesario del intercambiador.
La invención se refiere, igualmente, a un sistema de aire acondicionado de una cabina de una aeronave que comprende:
- un dispositivo de toma de aire,
- una turbomáquina de ciclo de aire que comprende al menos un compresor y una turbina acoplados mecánicamente uno al otro, comprendiendo dicho compresor una entrada de aire conectada a dicho dispositivo de toma de aire y una salida de aire y comprendiendo dicha turbina una entrada de aire y una salida de aire conectada a dicha cabina, para poder alimentarla de aire a presión y temperatura controladas,
- al menos un intercambiador de calor, denominado intercambiador principal de enfriamiento, dispuesto en un canal de circulación de aire dinámico tomado en el exterior de la aeronave, entre dicha salida de aire de dicho compresor y dicha entrada de aire de dicha turbina, comprendiendo dicho intercambiador principal un circuito primario alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho compresor y un circuito secundario alimentado por dicho aire dinámico que forma un flujo de aire frío destinado a enfriar dicho flujo de aire caliente,
- un bucle de extracción de agua dispuesto entre dicho intercambiador de calor principal y dicha turbina y configurado para extraer el agua del flujo de aire caliente enfriado por dicho intercambiador principal que alimenta dicha turbina, - una conducción de distribución de agua extraída por dicho bucle de extracción que se extiende entre dicho bucle de extracción de agua y dicho canal de aire dinámico, aguas arriba de dicho intercambiador principal, para poder pulverizar el agua extraída por dicho bucle de extracción de agua en el flujo de aire dinámico de dicho canal de aire dinámico.
Un sistema de aire acondicionado según la invención está caracterizado por que dicho intercambiador de enfriamiento principal es un intercambiador según la invención y por que dicha conducción de distribución de agua desemboca en dichos canales de circulación de agua de dicho intercambiador, formando dichos canales primarios dicho circuito primario de dicho intercambiador principal alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho compresor y formando dichos canales secundarios dicho circuito secundario alimentado por dicho aire dinámico.
El sistema según la invención permite, por lo tanto, utilizar un intercambiador según la invención y alimentarlo de agua por el agua recogida por el bucle de extracción de agua del sistema de aire acondicionado.
El sistema de aire acondicionado según la invención permite, por lo tanto, recalentar el agua extraída por el bucle de extracción de agua por el intercambiador según la invención e inyectar esta agua en la entrada del intercambiador. Este recalentamiento del agua permite optimizar la eficacia de la evaporación del agua en la entrada del intercambiador y, por lo tanto, bajar la temperatura del aire dinámico que alimenta el intercambiador según la invención.
Los inventores han determinado que el agua extraída en un bucle de extracción de agua se inyecta, en general, en el canal de aire dinámico a una temperatura de 20 °C. Utilizando un intercambiador según la invención que permite recalentar esta agua antes de pulverización en la entrada del intercambiador, es posible llevar el agua a una temperatura del orden de 60 °C, de modo que el tiempo de evaporación puede dividirse por un factor de 13 debido al cambio de la presión de vapor de saturación.
La invención se refiere, igualmente, a un vehículo de transporte aéreo o ferroviario que comprende una cabina y un sistema de aire acondicionado de esta cabina, caracterizado por que dicho sistema de aire acondicionado de la cabina es un sistema según la invención.
Las ventajas y efectos de un sistema de aire acondicionado según la invención se aplican mutatis mutandis a un vehículo de transporte aéreo o ferroviario según la invención.
La invención se refiere, igualmente, a un intercambiador de calor, a un sistema de aire acondicionado y a un vehículo caracterizados en combinación por todo o parte de las características mencionadas más arriba o a continuación.
Lista de las figuras
Otras finalidades, características y ventajas de la invención aparecerán a la lectura de la siguiente descripción dada a título únicamente no limitativo y que hace referencia a las figuras adjuntas en las que:
[Fig. 1] es una vista esquemática en perspectiva de un intercambiador de calor según un modo de realización de la invención,
[Fig. 2] es una vista esquemática de un detalle del intercambiador de la Figura 1.
[Fig. 3] es una vista esquemática de un sistema de aire acondicionado según un modo de realización de la invención.
[Fig. 4] es una vista esquemática en perspectiva de una aeronave según un modo de realización de la invención.
Descripción detallada de un modo de realización de la invención
En las figuras, las escalas y las proporciones no se respetan estrictamente y esto, con fines de ilustración y de claridad. En toda la descripción detallada que sigue con referencia a las figuras, salvo indicación contraria, cada elemento del intercambiador de calor se describe tal como está dispuesto cuando el intercambiador está alojado en un canal de circulación de aire dinámico de un sistema de aire acondicionado de la cabina de una aeronave y alimentado, por una parte, por un aire caliente procedente de un dispositivo de toma de aire exterior (por ejemplo, un dispositivo de toma de aire de un compresor de un motor de propulsión de la aeronave) y, por otra parte, por un aire a presión dinámica tomado en el exterior de la aeronave desde un vertedor.
De este modo, en toda la continuación, la descripción considera que el intercambiador de calor está instalado dentro de un sistema de aire acondicionado, entendiéndose que el intercambiador de calor según la invención puede utilizarse para otras aplicaciones que no sean el enfriamiento de un aire a alta temperatura, tomado, por ejemplo, de un motor de propulsión de una aeronave. En concreto, puede equipar un sistema de aire acondicionado de un vehículo ferroviario.
Por último, los elementos idénticos, similares o análogos se designan por las mismas referencias en todas las figuras.
Las figuras 1 y 2 ilustran de manera esquemática un intercambiador de enfriamiento 16 de un aire primario caliente por un aire secundario frío. En toda la continuación de la descripción detallada, el aire primario también se designa por los términos de aire caliente y el aire secundario también se designa por los términos de aire frío. En toda la continuación, la invención se describe considerando que el aire caliente es un aire procedente de un dispositivo de toma de aire de un compresor de un motor de propulsión de una aeronave y que el aire frío es un aire dinámico tomado en el exterior de la aeronave por un vertedor. Siendo esto así, por supuesto, un intercambiador según la invención puede utilizarse dentro de otras aplicaciones que no sean las vinculadas a un sistema de aire acondicionado de una aeronave tal como se representa en la figura 3.
El intercambiador 16 comprende una pluralidad de placas paralelas superpuestas unas a las otras 51 y que definen entre sí alternativamente canales primarios 60 y canales secundarios 80, es decir, que cada canal primario 60 está anidado entre dos canales secundarios 80. Preferentemente, el primer canal partiendo de la parte baja del intercambiador es un canal secundario 80, superpuesto con un canal primario transversal 60, superpuesto con un segundo canal secundario 80, superpuesto con un segundo canal primario transversal y, de este modo, sucesivamente hasta el último canal, que es preferentemente un canal secundario, igualmente. Por supuesto, el orden de superposición de los canales puede ser diferente sin cambiar el principio de la invención.
Cada canal primario 60 presenta, según el modo de realización de las figuras, una forma general de U y se extiende entre una entrada de aire primario 61 y una salida de aire primario 62. Cada ramal de la U se extiende según una dirección primaria P, tal como se representa en las figuras 1 y 2 por el triedro (P, S, V) donde P representa la dirección primaria, S representa la dirección secundaria y V representa la vertical definida por la gravedad.
Cada canal secundario 80 se extiende entre una entrada de aire secundario 81 y una salida de aire secundario 82 según la dirección secundaria S.
En otros términos, los canales primarios 60 y los canales secundarios 80 son globalmente perpendiculares entre sí y están anidados en pares para formar zonas de intercambios térmicos en cada interfaz de un canal secundario y de un ramal del canal primario.
Cada canal primario 60 está delimitado, además, por barras de cierre 63, también designadas por los términos de barras de cierre primario, que conectan las placas paralelas 51 entre sí y se extienden a cada lado del canal primario 60 a lo largo de la dirección primaria P.
Cada canal secundario 80 está delimitado, igualmente, por barras de cierre 83, también designadas por los términos de barras de cierre secundario, que conectan las placas paralelas entre sí y se extienden a cada lado del canal secundario 80, a lo largo de la dirección secundaria S.
Las barras de cierre primario 63 se extienden entre una entrada de agua primaria 63a y orificios de pulverización de agua 63b. Además, cada barra de cierre primario 63 comprende un pasaje interno que se extiende según la dirección primaria P abriéndose sobre la entrada de agua 63a y que conecta de forma fluida esta entrada 63a y las microperforaciones formadas por los orificios de pulverización 63b. De este modo, el agua que alimenta la entrada 63a de las barras de cierre 63 se pulveriza por los orificios de pulverización 63b en el flujo de aire que alimenta los canales secundarios 80.
Las barras de cierre secundario 83 se extienden entre una entrada de agua secundaria 83a y una salida de agua secundaria 83b. Las barras de cierre 83 están dispuestas en la proximidad de las salidas de aire primario 62, de tal modo que el agua que alimenta la entrada 83a de cada barra de cierre se recalienta por el aire que circula en los canales primarios 60, en la proximidad de la salida de aire primario 62. Estas barras de cierre secundario 83 forman, de este modo, canales de circulación de agua. Estos canales también pueden estar formados por microcanales.
El intercambiador según el modo de realización de las figuras comprende, además, un colector de agua 90 en el que desembocan las salidas 83b de todas las barras de cierre secundario 83.
El intercambiador según el modo de realización de las figuras comprende, igualmente, un distribuidor de agua 95 que está conectado de forma fluida al colector de agua 90 por un entubado no representado en las figuras con fines de claridad y que desemboca en las entradas de agua 63a de las barras de cierre primarias 63.
De este modo, toda el agua recogida por el colector 90 y recalentada por los intercambios térmicos entre las barras de cierre secundario 83 y los canales primarios 60 se distribuye en las barras de cierre primario 63, de tal modo que esta agua recalentada pueda pulverizarse en el flujo de aire secundario que alimenta el intercambiador.
El intercambiador según el modo de realización de las figuras comprende, igualmente, una entrada común de aire primario 66 que desemboca en las entradas de aire primario 61 de los canales primarios 60 y una salida de aire común de aire primario 67 en la que desembocan las salidas de aire primario 62 de los canales primarios 60.
El principio general de funcionamiento del intercambiador 16 es, por lo tanto, el siguiente. Aire caliente procedente, por ejemplo, de un dispositivo de toma de aire de una aeronave alimenta la entrada 66 del intercambiador. Este aire caliente se distribuye, a continuación, a los canales primarios 60. Dentro de cada canal en forma de U 60, el aire caliente circula en un ramal de la U a lo largo de la dirección primaria P, hace medio giro por una tubería redondeada que conecta los dos ramales paralelos de la U, luego, circula en sentido inverso a lo largo de la dirección primaria P para desembocar en la salida de aire 62 que alimenta la salida común de aire primario 67.
Además, aire frío, procedente, por ejemplo, de una toma de aire en el exterior de la aeronave, alimenta las entradas de aire 81 de los canales primarios 80. Este aire circula en los canales secundarios 80 que se extienden a lo largo de la dirección secundaria S para volver a salir por las salidas 82.
Estando los canales primarios 60 anidados con los canales secundarios 80, tienen lugar intercambios térmicos entre el flujo de aire caliente y el flujo de aire frío, de tal modo que el flujo de aire que sale de la salida común 67 se enfría con respecto al aire en la entrada.
En paralelo, se inyecta agua en las entradas 83a de las barras de cierre secundario. Esta agua procede preferentemente de un bucle de extracción de agua de un sistema de aire acondicionado, como se ilustra esquemáticamente en la figura 3 y se describe a continuación.
Esta agua se recalienta por intercambios térmicos entre las barras de cierre secundario y el flujo de aire primario. Esta agua recalentada se recoge por el colector de agua 90 que está conectado al distribuidor de agua 95. Por lo tanto, esta agua recalentada se pulveriza en el flujo de aire frío que alimenta los canales secundarios 80.
Este aumento de temperatura del agua permite, por lo tanto, acelerar el tiempo de evaporación y, por lo tanto, limitar el trayecto necesario entre la pulverización de agua y la entrada del intercambiador.
Por supuesto, nada impide según otros modos de realización prever que los canales primarios y secundarios estén formados por un procedimiento de fabricación aditiva, tal como la impresión 3D. Según este modo de realización, los canales de circulación de agua y las barras microperforadas proceden, igualmente, del procedimiento de fabricación aditiva directamente. En otros términos, la estructura del intercambiador, puede, según este modo de realización de la invención, obtenerse directamente por un procedimiento de fabricación aditiva, de modo que las placas superpuestas y las barras de cierre ya no son necesarias para formar los canales primarios, secundarios, los canales de circulación de agua y las barras huecas microperforadas. El funcionamiento de un intercambiador según este modo de realización de la invención es idéntico al descrito.
Un intercambiador según la invención, sea el que sea su modo de realización, también puede equipar un sistema de aire acondicionado 9 de una aeronave de una cabina 10 de una aeronave 8 tal como se muestra en la figura 3.
Un sistema de aire acondicionado de este tipo 9 comprende una turbomáquina de ciclo de aire 12 que comprende un compresor 13 y una turbina de expansión 14 acoplados mecánicamente uno al otro por un árbol mecánico 19.
El compresor 13 comprende una entrada de aire 13a conectada a un dispositivo de toma de aire comprimido no representando en la figura 3 con fines de claridad, por mediación de un intercambiador primario de enfriamiento, también designado por los términos de intercambiador PHX 15 en toda la continuación (para Primar/ Heat Exchanger en lengua inglesa, Intercambiador de calor primario) y de una conducción 20 que conecta de forma fluida el dispositivo de toma de aire y el intercambiador PHX 15.
En otros términos, el aire procedente del dispositivo de toma de aire, que es, por ejemplo, un dispositivo de toma de aire de un compresor de un motor de propulsión de la aeronave o un dispositivo de toma de aire de un compresor de un motor auxiliar de la aeronave, incluso un dispositivo de toma de aire de un vertedor de la aeronave asociado a un compresor intermedio, alimenta el compresor 13 de la turbomáquina de ciclo de aire 12 después de pasaje por un intercambiador primario PHX 15. Este intercambiador PHX15 comprende un paso caliente formado por el aire suministrado por el dispositivo de toma de aire por mediación de la conducción 20 y un paso frío alimentado por un aire a presión dinámica, que circula en un canal de circulación de un aire dinámico 22, denominado, a continuación, canal de aire dinámico.
La circulación de aire dinámico en el canal de aire dinámico 22 está asegurada por un ventilador 18 montado sobre el árbol 18 de la turbomáquina de ciclo de aire que se extiende hasta el canal de aire dinámico 22. Según otras variantes, el ventilador 18 puede estar disociado del árbol 19 y arrastrado en rotación por un motor eléctrico independiente.
El compresor 13 comprende, igualmente, una salida de aire 13b conectada de forma fluida al intercambiador principal 16 según la invención, también designado por el acrónimo MHX 16 en toda la continuación (para Main Heat Exchanger en lengua inglesa, Intercambiador de calor principal), que está dispuesto en el canal de circulación de aire dinámico 22 tomado en el exterior de la aeronave.
Como se ha descrito anteriormente, este intercambiador MHX 16 comprende un circuito primario caliente alimentado por el flujo de aire procedente del compresor 13 y un circuito secundario frío, en interacción térmica con el circuito primario, alimentado por el aire dinámico que circula en el canal de aire dinámico 22. En otros términos, el aire procedente del compresor 13 se enfría, en el intercambiador MHX 16, por el aire dinámico que circula en el canal de circulación de aire dinámico 22.
La turbina de expansión 14 de la turbomáquina de ciclo de aire 12 comprende una entrada de aire 14a alimentada por el aire procedente del intercambiador MHX 16 después de pasaje por un bucle de extracción de agua 30, que se describirá, a continuación, y una salida de aire 14b conectada a dicha cabina 10, para poder alimentarla de aire a presión y temperatura controladas.
El bucle de extracción de agua 30 comprende, según el modo de realización de las figuras, un recalentador 31 que comprende un circuito primario de aire alimentado por el aire procedente del intercambiador principal MHX 16, en interacción térmica con un circuito secundario alimentado por el aire procedente de un extractor de agua 33 y destinado a alimentar la entrada 14a de la turbina de expansión.
El bucle de extracción de agua 30 comprende, igualmente, un condensador 31 que comprende un circuito primario de aire alimentado por el flujo de aire en la salida del recalentador 31, en interacción térmica con un circuito secundario de aire alimentado por el flujo de aire procedente de la turbina de expansión 14, para permitir una condensación del flujo de aire del circuito primario.
Por último, el bucle de extracción comprende, igualmente, un extractor de agua 33 dispuesto en la salida del condensador 32 y configurado para poder recuperar el agua condensada por el condensador y suministrarla a una conducción de distribución de agua 26, representada esquemáticamente en punteado en la figura 3.
Esta conducción de distribución de agua 26 se extiende entre el extractor de agua 33 y las entradas 83a de las barras de cierre secundario del intercambiador 16 descrito anteriormente. De este modo, el agua recuperada por el bucle de extracción de agua se inyecta directamente en el intercambiador 16 para poder recalentarse y pulverizarse en el flujo de aire frío que alimenta el intercambiador 16.
Por supuesto, un intercambiador según la invención también puede utilizarse dentro de otras aplicaciones sin cuestionar el principio de la invención.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Intercambiador de enfriamiento (16) de un aire primario caliente por un aire secundario frío que comprende:
- una pluralidad de canales superpuestos de circulación de dicho aire secundario, denominados canales secundarios (80), que se extienden cada uno según una misma dirección, denominada dirección secundaria (S), entre una entrada de aire, denominada entrada de aire secundario (81) y una salida de aire, denominada salida de aire secundario (82),
- una pluralidad de canales de circulación de dicho aire primario, denominados canales primarios (60), intercalados cada uno entre dos canales secundarios (80) y que se extienden según una misma dirección, denominada dirección primaria (P), distinta de dicha dirección secundaria, entre una entrada de aire, denominada entrada de aire primario (61) y una salida de aire, denominada salida de aire primario (62), para permitir intercambios térmicos entre el aire primario de dichos canales primarios (60) y el aire secundario de dichos canales secundarios (80),
caracterizado por que comprende, además:
- canales de circulación de agua (83), que se extienden cada uno adyacente a un canal secundario (80) según dicha dirección secundaria (P) en la proximidad de las salidas de aire primario (62) entre una entrada de agua (83a) y una salida de agua (83b) para permitir el recalentamiento de esta agua por intercambios térmicos con dicho flujo de aire primario de dichos canales primarios (60),
- barras huecas microperforadas de pulverización de agua (63), que se extienden cada una adyacente a un canal primario (60) según dicha dirección primaria (P), entre una entrada de agua (63a) conectada de forma fluida a al menos una salida de agua (83b) de dichos canales de circulación de agua (83) y microperforaciones de pulverización de agua (63b) que desembocan hacia las entradas de aire secundario (81) para permitir una evaporación del agua recalentada pulverizada en la entrada de dichos canales secundarios (80) que contribuye, de este modo, a enfriar el flujo de aire secundario en la entrada del intercambiador.
2. Intercambiador de enfriamiento según la reivindicación 1, caracterizado por que dichos canales primarios (60) y dichos canales secundarios (80) están delimitados por una pluralidad de placas paralelas (51) conectadas unas a las otras alternativamente por barras de cierre, que se extienden sobre dos lados opuestos de los canales primarios (60) y secundarios (80) para delimitar pasajes de aire, estando dichas barras huecas microperforadas de pulverización de agua (63) formadas por las barras de cierre de los canales primarios que se extienden de un lado de las placas paralelas en la proximidad de las entradas de aire secundario (81) y estando dichos canales de circulación de agua (83) formados por las barras de cierre de los canales secundarios (80) que se extienden en la proximidad de las salidas de aire primario (62).
3. Intercambiador según la reivindicación 2, caracterizado por que dichas barras huecas microperforadas (63) formadas por dichas barras de cierre primarias comprenden cada una un pasaje interno que se extiende según la dirección primaria (P) abriéndose sobre dicha entrada de agua (63a) y microperforaciones que se extienden según dicha dirección secundaria (S) a partir de dicho pasaje interno para poder alimentarse por este pasaje interno.
4. Intercambiador según una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por que dichos canales (83) formados por dichas barras de cierre secundarias comprenden cada uno un tubo que se extiende según la dirección secundaria (P) abriéndose sobre dicha entrada de agua (63a) y una salida de agua (83b) que se extiende según dicha dirección primaria (P).
5. Intercambiador según una de las reivindicaciones 3 y 4 tomadas juntas, caracterizado por que comprende un colector de agua (90) en el que desembocan dichas salidas de los canales de circulación de agua y un distribuidor de agua (95) que desemboca en dichas entradas de dichas barras microperforadas, estando el colector de agua (90) conectado de forma fluida a dicho distribuidor de agua (95) por un entubado de conexión.
6. Intercambiador según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que comprende una entrada común de aire primario (66) que desemboca en dichas entradas de aire primarias (61) de los canales primarios (60) y una salida de aire común de aire primario (67) en la que desembocan dichas salidas de aire primario (62) de dichos canales primarios (60).
7. Intercambiador según las reivindicaciones 5 y 6 caracterizado por que dichos colector de agua (90), distribuidor de agua (95), entrada común de aire primario (66) y salida común de aire primario (67) están formados en una sola pieza.
8. Intercambiador de enfriamiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que dichas dirección primaria (P) y secundaria (S) son perpendiculares una a la otra para formar un intercambiador transversal.
9. Intercambiador según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que cada canal primario (60) presenta una forma general de U, de modo que la entrada de aire primario (61) es adyacente a la salida de aire primario (62).
10. Sistema de aire acondicionado (9) de una cabina de una aeronave que comprende:
- un dispositivo de toma de aire,
- una turbomáquina de ciclo de aire (12) que comprende al menos un compresor (13) y una turbina (14) acoplados mecánicamente uno al otro, comprendiendo dicho compresor una entrada de aire (13a) conectada a dicho dispositivo de toma de aire y una salida de aire (13b) y comprendiendo dicha turbina (14) una entrada de aire (14a) y una salida de aire (14b) conectada a dicha cabina (10), para poder alimentarla de aire a presión y temperatura controladas,
- al menos un intercambiador de calor, denominado intercambiador principal de enfriamiento (16), dispuesto en un canal de circulación de aire dinámico (22) tomado en el exterior de la aeronave, entre dicha salida de aire de dicho compresor y dicha entrada de aire de dicha turbina, comprendiendo dicho intercambiador principal (16) un circuito primario alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho compresor (13) y un circuito secundario alimentado por dicho aire dinámico que forma un flujo de aire frío destinado a enfriar dicho flujo de aire caliente, - un bucle de extracción de agua (30) dispuesto entre dicho intercambiador de calor principal (16) y dicha turbina (14) y configurado para extraer el agua del flujo de aire caliente enfriado por dicho intercambiador principal (16) que alimenta dicha turbina,
- una conducción de distribución de agua (26) extraída por dicho bucle de extracción que se extiende entre dicho bucle de extracción de agua y dicho canal de aire dinámico, aguas arriba de dicho intercambiador principal (16), para poder pulverizar el agua extraída por dicho bucle de extracción de agua en el flujo de aire dinámico de dicho canal de aire dinámico,
caracterizado por que dicho intercambiador de enfriamiento principal es un intercambiador según una de las reivindicaciones 1 a 9 y por que dicha conducción de distribución de agua (26) desemboca en dichos canales de circulación de agua (83) de dicho intercambiador, formando dichos canales primarios (60) dicho circuito primario de dicho intercambiador principal alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho compresor y formando dichos canales secundarios (80) dicho circuito secundario alimentado por dicho aire dinámico.
11. Vehículo de transporte aéreo (8) o ferroviario que comprende una cabina y un sistema de aire acondicionado (9) de esta cabina, caracterizado por que dicho sistema de aire acondicionado de la cabina es un sistema según la reivindicación 10.
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