ES2913906T3 - Humidificador específicamente para aeronaves - Google Patents
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Abstract
Humidificador (100, 200, 300) para aeronaves que comprende un bucle de recirculación (15, 25, 35), un ventilador de recirculación (4) situado en el bucle de recirculación (15, 25, 35) y un dispositivo humidificador adiabático de contacto (2) provisto de una admisión (8) y una salida (1), estando además provisto el humidificador de una fuente de calor, estando conectado el bucle de recirculación (15, 25, 35) a la salida (1) y la admisión (8) para que una porción del aire que pasa a través del dispositivo humidificador (2) sea aire recirculado (3) desde la salida (1) de regreso a la admisión (8) para que se entremezcle con aire nuevo no humidificado (9) para formar una mezcla de aire (3, 9) no humidificado (9) y aire recirculado (3), estando situada la fuente de calor en el bucle de recirculación (15, 25, 35) donde la fuente de calor es un intercambiador de calor (6) por el que pasa aire recirculado (3) y que dicho aire recirculado (3) es calentado por dicha fuente de calor, donde el dispositivo humidificador de contacto adiabático (2) es una almohadilla humidificadora (2) de contacto y una porción (5) del aire recirculado se desvía del bucle de recirculación (15, 25, 35) para su posterior transporte a los consumidores (F1, F2, ...... Fn).
Description
DESCRIPCIÓN
Humidificador específicamente para aeronaves
Campo técnico
La presente invención se refiere a equipos de tratamiento de aire, especialmente para aeronaves, donde dicho equipo se instala en la zona presurizada de la aeronave. El campo técnico se ilustra mediante el documento de la técnica anterior US-A1-5699983.
Antecedentes de la invención
Una aeronave opera normalmente en un entorno donde un ser humano no puede sobrevivir. Su objetivo es crear un entorno dentro de la aeronave donde el ser humano pueda viajar con seguridad a gran altura donde, de otro modo, la presión habría sido demasiado baja. A medida que avanza el desarrollo, se considera que en las aeronaves modernas, el nivel de presión en la cabina es ahora tan alto que no es necesario realizar mejoras adicionales con respecto a la presión de la cabina. Los antecedentes de la invención se relacionan con atender a otros factores que hacen que el entorno en una aeronave sea difícil. El bienestar de los pasajeros a menudo se ve perjudicado debido a otras condiciones en la cabina menos adecuadas para los seres humanos, entre las cuales se han experimentado y se conocen más científicamente desde hace mucho tiempo los problemas de muy baja humedad del aire. Entre otras cosas, los ojos y la piel se irritan, las membranas mucosas expuestas del cuerpo se secan a un ritmo mayor, lo que puede causar muchos problemas y puede afectar notablemente el bienestar. Uno simplemente no experimenta el mismo bienestar durante y después de un vuelo, no es como estar en tierra. Además de la piel seca y con picazón y los ojos irritados y arenosos, la baja humedad del aire provoca una capacidad de defensa reducida contra bacterias y virus.
En el ser humano existe una defensa natural contra las infecciones en las mucosas de la nariz. En las membranas mucosas hay anticuerpos que contrarrestan los virus, las bacterias, las esporas de moho y los alérgenos e impiden que lleguen al tejido debajo de la membrana mucosa y, por lo tanto, al cuerpo. En la membrana mucosa, existe además un llamado aclaramiento mucocilar. Consiste en cilios, que por medio de la proteína motora dineína producen un movimiento de latigazo de manera que la membrana mucosa que atrapa los agentes infecciosos y otros contaminantes continuamente se drena de la nariz y la garganta hacia el abdomen donde son destruidos por los ácidos en el estómago. Sin embargo, cuando el aire está seco, la mucosidad se seca y las defensas contra las infecciones se deterioran, la mucosidad se vuelve demasiado espesa para que los cilios la muevan de manera eficiente y se ha demostrado experimentalmente que la eliminación mucociliar, además de disminuir drásticamente, puede detenerse por completo en aire seco (Barry y col., 1997, Salah y col., 1988). Naturalmente, esto altera la defensa contra las infecciones y hace que el ser humano sea más susceptible a las enfermedades. La mayoría de las infecciones llegan al ser humano a través de las membranas mucosas y, por lo tanto, es importante que los mecanismos de protección de las membranas mucosas funcionen bien para contrarrestar las infecciones. También las membranas mucosas y las lágrimas del ojo funcionan como una protección para el ser humano y también dependen de una buena humedad para su funcionamiento óptimo. Una película lagrimal sana es fundamental para una calidad óptica óptima, el suministro de nutrientes y el mecanismo de defensa antibacteriano del ojo. La humedad relativa típica en las cabinas de las aeronaves para vuelos de más de una hora suele ser inferior a 10 % durante la mayor parte del viaje, pero a menudo la humedad relativa (HR) desciende a menos de 5 % en vuelos más largos. También la menor presión en la cabina de una aeronave a gran altura agrava el mecanismo de deshidratación que afecta a diferentes partes del cuerpo. Los estudios (Martin B. y col., 2004) han demostrado que viajar en avión multiplica la frecuencia de los resfriados en comparación con no volar, lo que implica que el entorno de la aeronave y la mayor susceptibilidad a los patógenos pueden tener implicaciones para el viajero también algún tiempo después del viaje con pérdida de trabajo y deterioro de la calidad de vida al enfermarse y también familiares y otras personas a las que el pasajero infectado pueda contagiar la infección.
Otras razones para el deterioro del bienestar cuando se viaja en avión son el impacto del ozono, otros gases no deseados y la temperatura incorrecta en la cabina. El ozono, que es un oxidante muy fuerte, a menudo se afirma que causa una serie de inconvenientes, por ejemplo, tos, irritación de garganta, dolor, ardor o malestar en el pecho al respirar profundamente. Se afirma además que el ozono puede causar una sensación de presión en el pecho, respiración sibilante y dificultad para respirar. El ozono es soluble en agua, pero la solubilidad es limitada y, por lo tanto, el ozono llega a las partes más internas de los pulmones y reacciona con las células que se encuentran allí, con muchas posibles consecuencias nocivas para la salud, por ejemplo, el ozono reacciona con las proteínas y los lípidos en las superficies celulares del líquido epitelial, que puede ser tan delgado como 0.2 pm en la región de los alvéolos, esto puede dañar las células y dar lugar a una cadena de reacciones que, entre otras cosas, puede causar inflamación, que, entre otras cosas, se ve en la página web www.epa.gov/apti/ozonehealth administrado por una agencia federal de protección ambiental en EE.UU.
La técnica anterior para reducir el contenido de ozono comprende los llamados convertidores de ozono que reducen
el ozono. Además, se sabe que los convertidores de ozono no mantienen su capacidad a lo largo del tiempo y, por lo tanto, deben reemplazarse por unidades de reemplazo nuevas o acondicionadas. También la temperatura de sangrado de 400 °C descompone el ozono pero no es confiable debido a que no siempre se alcanzan las temperaturas. Con respecto a los gases no deseados mencionados anteriormente, se pueden mencionar los VOC, por sus siglas en inglés (Compuestos Orgánicos Volátiles) y SVOC, por sus siglas en inglés (Compuestos Orgánicos Semivolátiles). En el aire de la cabina, ocasionalmente se han medido gases que son más o menos tóxicos, por ejemplo, fosfato de tricresilo y otros contaminantes del aceite lubricante y sus residuos de pirólisis. La presencia de estos gases estresa al ser humano de manera diferente y, en el peor de los casos, los individuos pueden enfermarse a causa de estos. Hay propuestas de filtros para el sistema de ventilación que eliminarían los gases no deseados, pero no se introducen en las aeronaves actuales. Los filtros situados al principio de la cadena de ventilación tampoco eliminan los contaminantes que surgen más abajo en la cadena de ventilación hasta el pasajero y los contaminantes generados cuando el aire se agita en la cabina, por ejemplo, la evaporación de productos químicos y plásticos o los productos residuales del ozono que reaccionan con VOC, accesorios interiores y aceites de la piel, por ejemplo.
Debido a que el entorno reduce la defensa contra las infecciones, es posible, además de la transferencia física directa, por ejemplo a través de las manos, contraer infecciones a través del aire ya que en la cabina de una aeronave, la densidad de personas es alta y el aire se agita en la cabina y se mezcla entre la gente. Entre otras cosas, se han informado infecciones dos filas de asientos delante y dos filas de asientos detrás de una persona infectada. Las enfermedades que transmiten la infección a través del aire son, por ejemplo, la tuberculosis, la influenza, el meningococo, el sarampión y el SARS.
Para atacar el problema de la humedad del aire extremadamente baja en las aeronaves, se han hecho intentos con diferentes soluciones de humidificación, por ejemplo, boquillas de aspersión, placas giratorias que atomizan el agua en gotas, ebullición de vapor y humidificadores de contacto adiabáticos. Los humidificadores que aprovechan gotas de agua transmiten los minerales del agua si no hay acceso a agua desmineralizada y las gotas también transmiten posibles agentes infecciosos en el agua. Las boquillas de pulverización también tienen el problema de la obstrucción de la abertura de la boquilla, lo cual es crítico para una evaporación satisfactoria del agua. Tanto los humidificadores de vapor existentes como los humidificadores de contacto se consideran estériles ya que no transmiten agentes infecciosos ni minerales al aire, pero como se instalan para humedecer zonas enteras de la cabina, el nivel de humedad se limita a unos 20 % de la humedad relativa del aire (HR) por el riesgo de condensación en la estructura de la aeronave, y además se consume agua y energía de alto grado para la humidificación de todo el espacio de la cabina.
La memoria descriptiva de la patente EP 0779207 (B64D 13/00) describe un dispositivo de humedad para la cabina en un vehículo aéreo. Este dispositivo comprende atomizadores que tienen boquillas atomizadoras instaladas en el respaldo de los pasajeros, en el techo o en el interior de los portaequipajes. En todas las realizaciones que se muestran en esta memoria descriptiva de patente, el agua se suministra al aire de la cabina atomizando agua extraída de algún tipo de depósito conectado al dispositivo.
Una desventaja de este dispositivo conocido es que libera aerosoles en la cabina, que funcionan como vehículos de agentes infecciosos y minerales. Además, una humidificación a la presión normal de la cabina de 5 % de HR a 24 °C a un contenido de relación de humedad correspondiente a 30 % a 24 °C con este dispositivo requiere, por ejemplo, un descenso de temperatura de unos 14 °C, lo que resulta en una ducha fría, si es que se consigue evaporar tal cantidad de agua de esta forma, porque es difícil de evaporar mucha agua usando este procedimiento. La limitada cantidad de agua que es prácticamente posible suministrar de esta forma correspondería a una humedad relativa más limitada, y el descenso de temperatura aún sería de 2.5 °C por gramo de agua suministrada por kilogramo de aire, lo que pronto también se experimentaría como frío, más frío mientras más se consigue humedecer el aire de esta manera. El efecto de enfriamiento limita en gran medida cuánto es realmente posible humidificar usando el procedimiento que se describe en la patente.
El objetivo de la invención
El objetivo de la presente invención es eliminar o paliar considerablemente el efecto de varios o todos estos problemas.
El objetivo de la invención es además proporcionar un climatización local con alta humedad del aire y aire limpio.
El objetivo es además poder enfriar y calentar el aire según se desee.
El objetivo es además poder utilizar energía de bajo grado del entorno para obtener una solución climática económica.
El objetivo es también poder utilizar electricidad para obtener una unidad compacta, simple y de pequeñas dimensiones exteriores.
El objeto también es poder utilizar una fuente de energía opcional para obtener un suministro de energía conveniente para el procedimiento de humidificación.
Además, el objetivo es que un dispositivo según la invención debería poder usarse para muchos grupos diana.
Resumen de la invención
Mediante la presente invención, tal como se ve en las reivindicaciones independientes, se cumplen los objetivos antes mencionados, donde se han eliminado dichas desventajas. Las realizaciones adecuadas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
La presente invención proporciona una humedad relativa (HR) relativamente alta a la temperatura correcta. En lugar de utilizar una máquina de refrigeración, se puede utilizar el aire seco y la baja presión de la cabina, lo que da como resultado un potencial de enfriamiento muy fuerte en la humidificación adiabática. El frío obtenido en la humidificación se puede aportar disminuyendo la corriente de aire caliente circundante a través del intercambiador de calor o disminuyendo el aporte de energía al procedimiento de humidificación cuando se utilizan otras fuentes de calor. También es ventajoso poder proporcionar enfriamiento y calefacción. Normalmente, el frío se reduce con aire ambiente caliente a través del intercambiador de calor o aumentando el suministro de energía al procedimiento de humidificación de otra manera y, además de estos, se puede proporcionar más calor mediante el suministro de energía.
La presente invención utiliza humidificadores de contacto y, por lo tanto, puede considerarse estéril, tiene la posibilidad de humidificar a niveles de humedad mucho más altos que los permitidos por la técnica actual. Los niveles que es posible alcanzar corresponden o superan los valores medios de verano de la Ciudad de México (que también tiene aproximadamente la misma presión barométrica que en la cabina), lo que en teoría permitiría un confort que corresponde a estar en el suelo en lugares correspondientes a Ciudad de México en el verano. El frío de la temperatura final se puede limitar significativamente sin usar mucha energía de alto grado. El humidificador puede alcanzar estos altos niveles mediante el uso de energía en el aire de la cabina que es de bajo grado, o mediante calor eléctrico para una unidad más compacta o mediante otra fuente de energía opcional. La humidificación es solo local y, por lo tanto, el consumo de agua se vuelve bajo. Dado que la alta humedad del aire es solo local, tampoco provocará problemas de condensación en el resto de la aeronave ya que el aire húmedo local se diluye posteriormente con el resto del aire seco de ventilación de la aeronave. El efecto de enfriamiento del humidificador también se puede utilizar para el control de temperatura individual con enfriamiento sin máquina de refrigeración con o sin equipo para recalentamiento.
En las realizaciones de la invención, el dispositivo está provisto de un filtro integrado, preferiblemente un filtro HEPA, por sus siglas en inglés (detención de partículas de alta eficiencia), que junto con un desplazamiento o incluso un procedimiento de suministro laminar sumerge al pasajero en aire húmedo limpio que impide la intrusión de otro aire seco y sin limpiar. El aire en dicho procedimiento de suministro tiene una menor tendencia a expulsar conjuntamente el aire seco y contaminado circundante en su propio chorro, lo que maximiza la humedad del aire y la limpieza del aire que llega al pasajero. Además, está dirigido a un flujo cuidadoso óptimo para no eliminar el microclima delgado y más húmedo que está presente más cerca de la piel, que de lo contrario puede tener un efecto deshidratante. Dicho filtro HEPA para la eliminación de partículas, bacterias y virus puede estar preparado para eliminar también ampliamente el ozono, esto junto con el dispositivo de flujo laminar de desplazamiento visualizado podría proporcionar un entorno local para el pasajero, a continuación también con una concentración de ozono mucho menor. Dicho filtro HEPA también puede estar preparado para eliminar gases y junto con el procedimiento de suministro visualizado, el filtro HEPA también podría proporcionar un entorno local para el pasajero con una concentración mucho menor de gases no deseados. Además de para los pasajeros regulares, la invención puede ser utilizada para proporcionar un clima ideal para los pilotos, en las áreas de descanso de la tripulación, y también en lugares específicos en aeronaves VIP como ejemplos. La invención es muy adecuada para las denominadas suites de paredes altas donde el espacio protegido local es ideal para proporcionar un clima beneficioso con aire limpio y húmedo.
La invención se refiere a un humidificador para aeronaves que comprende un bucle de recirculación, un ventilador de recirculación situado en el bucle de recirculación y un dispositivo humidificador adiabático de contacto provisto de una admisión y una salida, estando además provisto el humidificador de una fuente de calor, estando conectado el bucle de recirculación a la salida y la admisión para que una porción del aire que pasa a través del dispositivo humidificador sea aire recirculado desde la salida de regreso a la admisión para que se entremezcle con aire nuevo no humidificado para formar una mezcla de aire no humidificado y aire recirculado, estando situada la fuente de calor en el bucle de recirculación donde la fuente de calor es un intercambiador de calor por el que pasa aire recirculado y que dicho aire recirculado es calentado por dicha fuente de calor, donde el dispositivo humidificador de contacto adiabático es una almohadilla humidificadora de contacto y una porción del aire recirculado se desvía del bucle de recirculación para su posterior transporte a los consumidores.
En una realización de la invención, un ventilador de salida está conectado a la salida.
En una realización de la invención, el intercambiador de calor y el ventilador del intercambiador de calor está situados en el bucle de recirculación para el intercambio de calor entre el aire ambiente y el aire recirculado.
En una realización de la invención, el ventilador de salida está situado fuera del bucle de recirculación.
En una realización de la invención, el ventilador de salida y el ventilador de recirculación forman un ventilador común.
En una realización de la invención, se conecta un sistema de conductos a la salida del humidificador donde el sistema de conductos forma el bucle de recirculación y el intercambiador de calor, ya que la superficie del conducto absorbe calor del entorno, a continuación el conducto absorbe cargas de calor que a menudo están presentes, por ejemplo, en los espacios de la corona de las aeronaves y lo transmiten al aire, que a continuación lo utiliza en el procedimiento de humidificación.
En una realización de la invención, al menos un aparato consumidor está conectado al sistema de conductos para permitir que la mezcla de aire sea transportada localmente a al menos un consumidor de aire o grupo de consumidores de aire.
En una realización de la invención, un aparato de climatización local está conectado con al menos un aparato de consumo.
En una realización de la invención, está situado un filtro, preferiblemente un filtro HEPA, en el humidificador de aire a la entrada del humidificador de aire para filtrar todo el aire nuevo no humidificado o a la salida del humidificador de aire para filtrar todo el aire húmedo.
Además, la invención se refiere a una aeronave presurizada que delimita una alta presión en una cabina presurizada de una baja presión en el exterior de la misma durante el vuelo. La aeronave comprende un humidificador según lo descrito anteriormente y que está situado en la zona presurizada.
En una realización de la invención, se conecta un sistema de conductos al humidificador para la distribución del aire humidificado, cuyo sistema de conductos está situado en la zona presurizada. Al sistema de conductos se conecta al menos un aparato de consumo al que se conecta al menos un aparato de climatización local, estando todos dichos aparatos situados en la cabina presurizada.
En una realización de la invención, el intercambiador de calor del humidificador está conectado a la cabina presurizada para utilizar aire calentado de la cabina en el intercambiador de calor.
[0033]Además, la invención se refiere a un procedimiento de humidificación, donde el aire no humidificado se transporta a una admisión de un dispositivo humidificador que comprende una almohadilla humidificadora de contacto donde el aire se humidifica adiabáticamente hasta un nivel de humedad más alto para posteriormente, como aire húmedo recirculado, ser transportado a un bucle de recirculación mediante un ventilador de circulación para retransportarlo a la admisión de la almohadilla humidificadora de contacto para repetir la humidificación adiabática, desviándose una porción del aire húmedo recirculado del bucle de recirculación para su posterior transporte a los consumidores, donde el aire húmedo recirculado se transporta a través de un intercambiador de calor situado en el bucle de recirculación en cuyo intercambiador de calor se calienta el aire húmedo recirculado.
En una realización de la invención, el aire calentado de la cabina de una aeronave se transporta a través del intercambiador de calor.
Una variante de la invención es formar el humidificador con grandes superficies laterales que absorben el calor. En la solicitud en aeronaves con suministro central de aire a los asientos, los llamados «dispositivos de control de aire individuales», todo este aire se trata antes de distribuirlo en la cabina. A continuación, las boquillas de los dispositivos de control de aire tradicionales pueden ser reemplazadas por aparatos que, con su flujo adaptado, aíslan mejor el aire circundante del aire tratado. La extracción de este «tronco» humidificado se puede utilizar para muchos lugares diferentes donde se desea aire tratado de esta manera. Alternativamente, el sistema de conductos para el aire individual puede ser parte del bucle de recirculación que a continuación funciona como el intercambiador de calor en la invención. A continuación, la eficiencia del intercambiador de calor aumenta automáticamente, ya que la superficie del tronco es grande y los tubos generalmente no están aislados. Las propiedades de intercambio de calor del tronco también se pueden mejorar ya que el tronco en ambos casos contribuye a eliminar el calor del espacio sobre el techo de la aeronave, incluso si el efecto de enfriamiento no es constante, el frío puede reducir el número de fallas relacionadas con el calor fuerte de, por ejemplo, los componentes electrónicos. El bucle que puede ser el tronco de los dispositivos de control de aire pasa por una caja que además de un humidificador contiene un ventilador que impulsa el aire en el bucle y a través del humidificador. Dicho ventilador ahorra energía ya que la velocidad de rotación del ventilador se puede adaptar según el nivel de humedad en el bucle. Por ejemplo, si hay pocos consumidores y/o un alto intercambio de energía entre el bucle y el entorno, entonces el nivel de humedad aumenta y el ventilador puede en este caso disminuir la recirculación. Al hacerlo, el funcionamiento del ventilador y el consumo de agua se controlan según la demanda. Otro ventilador que proporciona aire al sistema desde el exterior está dispuesto para mantener una cierta presión en el bucle, funcionando el ventilador en función de la cantidad de aire humidificado que se extrae del bucle, lo que también contribuye a que el ventilador pueda funcionar en función de la demanda.
Breve descripción de los dibujos
Ahora, la invención se describirá con más detalle, haciéndose referencias en relación con las figuras de los dibujos
adjuntos. Las figuras del dibujo muestran únicamente croquis explicativos destinados a facilitar la comprensión de la invención.
La Figura 1 muestra una primera realización de la invención.
La Figura 2 muestra una segunda realización de la invención.
La Figura 3 muestra una tercera realización de la invención.
La Figura 4 muestra esquemáticamente el procedimiento para un humidificador convencional.
La Figura 5 muestra esquemáticamente el procedimiento según la presente invención.
La Figura 6 muestra un croquis explicativo de una instalación de un humidificador según la presente invención.
Descripción de la invención
La Figura 1 muestra una primera realización de un humidificador 100 del tipo de recirculación según la invención con alto grado de humidificación utilizando energía de bajo grado u otra energía. La cantidad total de aire húmedo en una salida 1 ha pasado y en esa conexión se ha humidificado en una almohadilla humidificadora de contacto 2 que está empapada por un procedimiento opcional. Preferiblemente, el agua se suministra al humidificador desde un recipiente dedicado o desde un sistema de agua dulce. El agua a la almohadilla humidificadora de contacto 2 se suministra preferiblemente por medio de una bomba que hace circular el agua desde un canal o el agua se lleva directamente a la almohadilla humidificadora de contacto 2 desde el recipiente de agua o desde el sistema de agua dulce, sin limitarse la realización a otros procedimientos de aplicación de agua. Cuando el aire pasa por la almohadilla humidificadora de contacto 2, el agua se evapora de la almohadilla humidificadora de contacto 2 y la temperatura del agua y del aire cae. Apenas se suministra energía al procedimiento en la almohadilla humidificadora de contacto 2 y, por lo tanto, el procedimiento es adiabático.
Una porción de la cantidad total de aire húmedo en la salida 1 se desvía por medio de un ventilador de recirculación 4 cuando sale de la almohadilla humidificadora de contacto 2 y forma aire húmedo recirculado 3. La porción restante de la cantidad total de aire húmedo de la salida 1 avanza, como aire húmedo recirculado 5, hacia el consumidor. El aire húmedo recirculado 3 pasa por un intercambiador de calor 6 que toma su energía del aire circundante por medio de un ventilador intercambiador de calor 7, el aire húmedo recirculado 3 se calienta y regresa a una admisión 8 en la almohadilla humidificadora de contacto 2 y continúa hacia la almohadilla humidificadora de contacto 2 junto con aire nuevo no humidificado 9 que reemplaza el aire húmedo recirculado 5 que va al consumidor. Así, el aire que llega a la admisión 8 del panel humidificador de contacto 2 es una mezcla de aire nuevo no humidificado 9 y aire húmedo previamente recirculado 3. Como se observa en la figura, el ventilador de recirculación 4 está situado después del intercambiador de calor 6 en un bucle de recirculación 15. Al adaptar estos flujos y las dimensiones y el rendimiento de los componentes, se prevén humedades del aire más altas y temperaturas más altas con energía de bajo grado y niveles de temperatura bajos que lo que había permitido un solo paso sin suministro de calor, a través de la almohadilla humidificadora de contacto 2. El intercambiador de calor y el ventilador del intercambiador de calor pueden reemplazarse por un calentador eléctrico para un diseño más compacto, por ejemplo, el llamado calentador PTC que tiene un punto de Curie bajo que limita automáticamente el exceso de temperatura. Es posible utilizar una fuente de calor opcional para calentar el aire recirculado.
Un ventilador de salida 11 está situado en el extremo de la cadena para alimentar, a través de un humidificador de almohadilla 12 en la almohadilla humidificadora de contacto 2, aire humidificado recirculado 5 a los consumidores.
Como también se muestra en la Figura 1, un filtro 10 está situado primero en la cadena de corriente de aire que se muestra, habiendo pasado el aire nuevo no humidificado 9 por dicho filtro 10. Toda la separación de ozono, COV, partículas, virus y bacterias tiene lugar en este filtro 10. El filtro 10 también se puede colocar al final de la cadena, es decir, antes o después del ventilador de salida 11.
Si también se desea utilizar el sistema según la Figura 1 para enfriamiento individual, se puede reducir la velocidad del ventilador del intercambiador de calor 7 o la potencia del calentador, acercándose más el procedimiento a la curva que se muestra en la Figura 4 más adelante, la baja presión junto con la baja humedad del aire en la cabina permite un enfriamiento muy fuerte del aire. Mediante un recalentador, la temperatura también se puede elevar individualmente. Es decir, es posible obtener un control de temperatura individual en un amplio intervalo de temperatura en el mismo conjunto sin usar una máquina de refrigeración separada.
La figura 2 muestra una segunda realización de la invención. Esta realización muestra un humidificador 200 del tipo de recirculación que entrega un aire algo más calentado a dichos consumidores. La estructura del humidificador de recirculación según esta realización difiere del humidificador de recirculación que se muestra en la Figura 1 en que el ventilador de salida 11 se ha situado después del intercambiador de calor 6 mientras que el ventilador de recirculación 4 se ha situado antes del intercambiador de calor 6. En otros aspectos , los dispositivos están igualmente construidos
y las designaciones numéricas correspondientes se aplican a ambas figuras.
El aire nuevo no humidificado 9 se transporta a la admisión 8 de la almohadilla humidificadora de contacto 2 y a continuación a la almohadilla humidificadora de contacto 2 para humidificar a través del humidificador de la almohadilla 12. La cantidad total de aire húmedo de la salida 1 de la almohadilla humidificadora de contacto 2 es alimentada por el ventilador de recirculación 4, que está situado antes del intercambiador de calor 6 en el bucle de recirculación 25, de regreso a la admisión 8 de la almohadilla humidificadora de contacto 2 a través del intercambiador de calor 6 con su ventilador del intercambiador de calor 7. Para la reentrada del aire húmedo recirculado 3 en la almohadilla humidificadora de contacto 2, la cantidad total de aire húmedo de la salida 1 se ha dividido en aire húmedo recirculado 3 y aire húmedo recirculado 5, que es alimentado más a los consumidores por medio del ventilador de salida 11.
En consecuencia, como se ha mostrado en la Figura 1, un filtro 10 está situado primero en el circuito de humidificación, alternativamente, el filtro se puede colocar al final del circuito de humidificación de manera similar a como se ha indicado en la Figura 1. También la descripción del enfriamiento individual bajo la primera realización también se aplica a esta segunda realización. Los procedimientos de calentamiento alternativos también se aplican a esta realización, como un calentador eléctrico.
La figura 3 muestra una tercera realización de un humidificador 300 de tipo recirculación según la invención que tiene designaciones numéricas que corresponden a las realizaciones mostradas anteriormente. Esta tercera realización muestra un ventilador de recirculación/ventilador de salida combinado 4, 11, que se ha situado para el transporte de la cantidad total de aire húmedo 1 directamente después de la almohadilla humidificadora de contacto 2. Después de pasar por este ventilador combinado 4, 11, la cantidad total de aire húmedo en la salida 1 se divide en aire húmedo recirculado 5 que se alimenta más a los consumidores por medio de dicho ventilador combinado 4, 11 y en aire húmedo recirculado 3 que por dicho ventilador se alimenta más en el bucle de recirculación 35. El ventilador de recirculación/ventilador de salida combinado 4, 11 también puede estar situado después del intercambiador de calor 6. La realización de la figura 3 se basa en la caída de presión aguas abajo del ventilador de recirculación/ventilador de salida combinado 4, 11 para la fuerza motriz al consumidor 5, la caída de presión puede ser fija o variable. Todas las realizaciones se caracterizan porque la velocidad de rotación de los ventiladores se puede variar para variar los flujos para la variación del efecto de enfriamiento, el grado de humidificación y la cantidad de flujo 5 al consumidor.
En la Figura 4, se muestra un ejemplo de un proceso que representa el principio de una humidificación directa normal de la cantidad total de aire húmedo que pasa por la almohadilla humidificadora de contacto y se suministra directamente al consumidor sin ninguna energía suministrada en forma de calefacción. El eje y indica la temperatura del aire y el eje x indica la relación de humedad del aire en g/kg de aire seco. La línea recta oblicua muestra el contenido de energía constante para el procedimiento de humidificación en T0=24 °C y la relación de humedad 1 g/kg de aire procediendo a Ti=9 °C y la relación de humedad 7 g/kg aire, que corresponde a la temperatura más baja del aire que sale de la almohadilla humidificadora de contacto en este ejemplo según el diagrama.
La Figura 5 muestra esquemáticamente un ejemplo de un procedimiento del principio de humidificación circulante con calentamiento a través de un intercambiador de calor según la presente invención. Los números en el diagrama designan los puntos finales de las líneas.
Desde el punto 1, el aire se humidifica con la misma eficiencia hasta el punto 2, el aire pasa a través del intercambiador de calor y el aire se calienta con una relación de humedad mantenida, hasta el punto 3.
El aire en el punto 3 ahora debe mezclarse con el aire entrante nuevo (punto 1). Dado que el aire que circula tiene un flujo tres veces mayor que el aire que ingresa en este ejemplo, resultará en una mezcla de aire que está dominada por el punto 3, se convierte en una mezcla que en el diagrama consta del punto 4, que se ve en que el punto 4 es % de la distancia entre el punto 1 y el 3 del punto 3 y % de la distancia del punto 1, que corresponde a la relación de mezcla o a las relaciones de caudal y a la relación de temperatura humedad de los flujos. En el diagrama de la Figura 5, las medidas aproximadas se pueden hacer usando una regla.
El punto 4, que es el aire mezclado, ahora está humidificado, humidifica con la misma eficiencia según lo anterior hasta el punto 5, después de lo cual el intercambiador de calor lo calienta hasta el punto 6.
El aire en el punto 6 ahora debe mezclarse con aire entrante nuevo según el punto 1. Dado que la cantidad de aire circulante todavía tiene un volumen tres veces mayor que el aire entrante en este ejemplo, la mezcla resultará en una mezcla dominada por punto 6, lo que da como resultado una mezcla que en el diagrama corresponde al punto 7. Usando una regla, se puede ver que el punto 7 también está a % del punto 6 y % del punto 1.
El aire según el punto 7, es decir, el aire mezclado, ahora se humidifica en el humidificador con la misma eficiencia según lo anterior hasta el punto 8, después de lo cual el intercambiador de calor calienta el aire hasta el punto 9, el aire en el punto 9 mezclándose con el aire en el punto 1 y convirtiéndose en una mezcla de aire según el punto 10.
La mezcla de aire según el punto 10 se humidifica hasta el punto 11 y a continuación se calienta hasta el punto 12, a continuación se mezcla con el aire entrante según el punto 1 y da como resultado una mezcla de aire según el punto
13.
La mezcla de aire según el punto 13 se humidifica hasta el punto 14, se calienta hasta el punto 15, se mezcla con el aire entrante según el punto 1 y da como resultado una mezcla de aire según el punto 16.
La mezcla de aire según el punto 16 se humedifica hasta el punto 17, se calienta hasta el punto 18, se mezcla con el aire entrante según el punto 1, y da como resultado una mezcla de aire según el punto 19. Y así sucesivamente.
El resultado de equilibrio final converge inmediatamente a la derecha del último punto 21 en el diagrama, que en aras de la claridad no se iteró en más etapas. La iteración es un procedimiento para establecer y describir el rendimiento teórico del humidificador mientras que el rendimiento en la realidad es equivalente a que el procedimiento haya alcanzado el equilibrio energético y el aire que ingresa al aparato en el punto 1 sale como una mezcla de aire que tiene una relación de temperatura y de humedad que en el diagrama corresponde a una ubicación inmediatamente a la derecha del punto 21.
El diagrama según la Figura 5 y, por lo tanto, el rendimiento del humidificador se ven diferentes dependiendo de:
1. Humedad de entrada
2. Temperatura de entrada
3. La relación de mezcla entre el flujo de recirculación y el nuevo aire seco entrante (que eran 1, 3 y 4 en los ejemplos descritos anteriormente)
4. La temperatura del aire del entorno que cede el calor al intercambiador de calor.
5. La eficiencia del intercambiador de calor.
6. Cuánto aire ambiente pasa a través del intercambiador de calor
7. La eficiencia del humidificador
Cuando se usan otras fuentes de calor, el procedimiento se ve algo diferente, con el uso de, por ejemplo, un calentador eléctrico, el calentamiento se puede hacer más eficiente ya que los puntos 3, 6, 9 -21, etc., se pueden elevar más y, por lo tanto, también la humedad final se puede elevar más también con un flujo de recirculación más pequeño.
El procedimiento también obtiene calor adicional del entorno a través de su superficie circundante ya que el agua y el aire en el aparato son más fríos que el entorno.
Así, los diagramas según las Figuras 4 y 5 muestran los principios de humidificación directa y humidificación circulante con intercambiador de calor.
Cuando no se utilizan fuentes de alta temperatura, por ejemplo, calefacción eléctrica suministrada, el principio mostrado según la invención es intrínsecamente fiable contra la sobrehumidificación y las humedades del aire exageradas con riesgo de condensación y moho como consecuencia, también está inherentemente protegido contra el exceso de temperatura ya que utiliza un intercambiador de calor como fuente de calor. Esto a diferencia de si, por ejemplo, se usara un calentador eléctrico para un solo paso sin recirculación, que requiere temperaturas de admisión relativamente altas para poder alcanzar humedades de aire más altas, lo que podría, por errores naturales o fallas de manejo, generar una temperatura demasiado alta en la almohadilla con extrema humedad como resultado o, por falta de agua, temperatura demasiado alta para el consumidor. Además, un calentador eléctrico requiere amplios mecanismos de protección contra el sobrecalentamiento. Sin embargo, con la recirculación, el calentador en el flujo de recirculación puede tener un calentamiento del aire más limitado para alcanzar una alta humedad del aire donde los problemas del calentador anteriores pueden minimizarse particularmente usando el llamado calentador PTC que tiene un punto de Curie bajo, un flujo parcial a través de un calentador de este tipo con derivación también proporciona una limitación sólida de la temperatura máxima del aire.
La figura 6 muestra de forma esquemática una aplicación de una realización según la invención donde el humidificador 100 de tipo de recirculación está instalado centralmente en una aeronave 60 en un espacio presurizado 61. Este espacio puede estar situado por encima de un techo 62 o por debajo de un suelo en una zona presurizada. En aras de la simplicidad, el humidificador de recirculación 100 solo se ha mostrado con su ventilador de salida 11, que transporta el aire húmedo recirculado 5 hacia los consumidores F1, F2 , ...... Fn. Desde el humidificador de recirculación 100, el aire húmedo 5 recirculado se transporta a través de un sistema de conductos 64 a los aparatos de consumo individuales D1, D2 , ...... Dn en el que aparatos de climatización local K1, K2 , ...... Kn puede seleccionarse individualmente para su uso por el consumidor respectivo F1, F2 , ...... Fn.
Una realización alternativa según la Figura 6 es que el aire es tomado del tronco por una manguera a lo largo de la cara de la cabina, integra la manguera en la silla y a continuación la sopla frente al pasajero. Alternativamente, hay una boquilla de desplazamiento en cada respaldo que sopla sobre el pasajero que está detrás. Alternativamente, está soplando sobre un pasajero o el espacio en el que está situado el pasajero desde el techo u otra posición adecuada mediante una boquilla adaptada.
Una ventaja de este procedimiento a baja temperatura es que no es necesario calentar el aire a temperaturas tan
altas. En lugar de aire ambiente, como alternativa, es posible instalar un calentador de baja temperatura en el intercambiador de calor que, por ejemplo, puede consistir en un elemento PTC que solo mantiene 30-40 grados como máximo.
La figura 7 muestra una aplicación esquemática en la que el suministro de aire no humidificado es manejado por un ventilador de empuje. El intercambiador de calor 6 del humidificador consiste en un conducto de ventilación 64 que vuelve al humidificador 100. El suministro de aire no humidificado se controla según la demanda cuando se conserva una presión en el conducto de distribución 64, al disminuir la extracción en los consumidores Dn y Kn, se necesita una menor velocidad de rotación del ventilador para retener la presión. El grado de extracción en Dn y Kn también controla la necesidad de recirculación, que a continuación también se puede controlar según la demanda.
La figura 8 muestra una figura esquemática de un humidificador 400 con colocaciones individuales de un calentador/intercambiador de calor 6a, 6b, 6c, 6d, 6e con o sin el ventilador del intercambiador de calor asociado. Las otras designaciones en la figura corresponden a designaciones utilizadas anteriormente donde el aire nuevo no humidificado 9 pasa por un filtro 10 y a continuación a la admisión 8 de una almohadilla humidificadora y a continuación a través de una almohadilla humidificadora de contacto 2 con su humidificador de almohadilla 12. El aire humidificado sale del humidificador 400 a través de un ventilador de salida 11. De manera similar a lo descrito anteriormente, se dispone un bucle de recirculación 15 para el aire húmedo recirculado 3 por medio de un ventilador de recirculación 4. A través de la salida para la cantidad total de aire húmedo 1, el aire húmedo recirculado 5 sale del humidificador por medio de ventilador de salida 11. Como se ve en la figura, la colocación del intercambiador de calor/calentador 6 puede hacerse en varias posiciones alternativas, que se han designado a, b, c, d y e. Preferiblemente, solo se utiliza una de las posiciones mostradas, mientras que se puede hacer una combinación de varios intercambiadores de calor/calentadores según las colocaciones mostradas. No todas estas posiciones reflejan la configuración reivindicada y para el verdadero alcance de la invención, se hace referencia al texto de las reivindicaciones adjuntas.
En la descripción se han utilizado las siguientes designaciones numéricas:
1: Salida para cantidad total de aire húmedo
2: Almohadilla humidificadora de contacto
3: Aire húmedo recirculado
4: Ventilador de recirculación
5: Aire húmedo recirculado
6: Intercambiador de calor
7: Ventilador del intercambiador de calor
8: La admisión de la almohadilla humidificadora
9: Aire nuevo no humidificado
10: Filtro
11: Ventilador de salida
12: Humedecedor de almohadilla
15, 25, 35: Bucle de recirculación
60: Aeronave
61: Espacio presurizado
62: Techo
63: Cabina presurizada
64: Sistema de ductos
Dn: Aparatos de consumo individual
Fn: Consumidores de aire
Kn: Aparatos de climatización local
Pl: Baja presión
Ph: Presión más alta correspondiente a la presión de aire normal de la cabina
100, 200, 300:Humidificadores de tipo de recirculación
Claims (17)
1. Humidificador (100, 200, 300) para aeronaves que comprende un bucle de recirculación (15, 25, 35), un ventilador de recirculación (4) situado en el bucle de recirculación (15, 25, 35) y un dispositivo humidificador adiabático de contacto (2) provisto de una admisión (8) y una salida (1), estando además provisto el humidificador de una fuente de calor, estando conectado el bucle de recirculación (15, 25, 35) a la salida (1) y la admisión (8) para que una porción del aire que pasa a través del dispositivo humidificador (2) sea aire recirculado (3) desde la salida (1) de regreso a la admisión (8) para que se entremezcle con aire nuevo no humidificado (9) para formar una mezcla de aire (3, 9) no humidificado (9) y aire recirculado (3), estando situada la fuente de calor en el bucle de recirculación (15, 25, 35) donde la fuente de calor es un intercambiador de calor (6) por el que pasa aire recirculado (3) y que dicho aire recirculado (3) es calentado por dicha fuente de calor, donde el dispositivo humidificador de contacto adiabático (2) es una almohadilla humidificadora (2) de contacto y una porción (5) del aire recirculado se desvía del bucle de recirculación (15, 25, 35) para su posterior transporte a los consumidores (F1, F2 , .....Fn).
2. Humidificador según la reivindicación 1, que comprende además un ventilador de salida (11) que está conectado a la salida (1).
3. Humidificador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el intercambiador de calor (6) y el ventilador del intercambiador de calor (7) está situado en el bucle de recirculación (15, 25, 35) para el intercambio de calor entre el aire ambiente y el aire recirculado (3).
4. Humidificador según cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizado porque el ventilador de salida (11) está situado fuera del bucle de recirculación (15, 25, 35).
5. Humidificador según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque el ventilador de salida (11) y el ventilador de recirculación (4) forman un ventilador común.
6. Humidificador según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque un sistema de conductos (64) está conectado a la salida del dispositivo humidificador (2).
7. Humidificador según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el bucle de recirculación y el intercambiador de calor consisten en un sistema de conductos (64) que absorbe calor de su entorno.
8. Humidificador según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizado porque al menos un aparato de consumo (D1, D2 , ...... Dn) está conectado al sistema de conductos (64) de modo que la mezcla de aire (3, 9) debe poder transportarse localmente a al menos un consumidor de aire (F1, F2 , Fn) o grupo de consumidores de aire.
9. Humidificador según la reivindicación 8, caracterizado porque un aparato de climatización local (K1, K2 , ...... Kn) está conectado al menos a un aparato de consumo (D1, D2 , ...... Dn).
10. Humidificador según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque en el humidificador está situado un filtro (10), preferiblemente un filtro HEPA, ya sea a la entrada del humidificador para el filtrado de aire nuevo no humidificado (9) o a la salida del humidificador para el filtrado del aire húmedo recirculado (5).
11. Aeronave (60) que comprende un espacio presurizado (61) así como una cabina presurizada (63), caracterizada porque en dicho espacio presurizado está situado un humidificador (100, 200, 300) según cualquiera de las reivindicaciones 1-10 (61) fuera de la cabina presurizada (63).
12. Aeronave según la reivindicación 11, caracterizada porque al humidificador (100, 200, 300) se le conecta un sistema de conductos (64) para la distribución del aire humidificado, dicho sistema de conductos (64) está situado en dicho espacio presurizado (61) y porque, al sistema de conductos (64), al menos un aparato de consumo (D1, D2 , ......Dn) está conectado al cual al menos un aparato de climatización local (K1, K2 , ........ Kn), está conectado, todos dichos aparatos está situados en la cabina presurizada (63).
13. Aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 11-12, caracterizada porque el intercambiador de calor (6) del humidificador (100, 200, 300) está situado en el espacio presurizado (61) para recoger el aire calentado a presión de la cabina para el intercambiador de calor (6).
14. Procedimiento de humidificación, donde el aire no humidificado (9) se transporta a una admisión de un dispositivo humidificador (2) que comprende una almohadilla humidificadora de contacto (2) donde el aire se humidifica adiabáticamente hasta un nivel de humedad más alto para posteriormente, como aire húmedo recirculado (5), que se transporta a un bucle de recirculación (15, 25, 35) por un ventilador de circulación (4) para retransportarlo a la admisión de la almohadilla humidificadora de contacto (2) para repetir la humidificación adiabática, una porción del aire húmedo recirculado (5) se desvía del bucle de recirculación (15, 25, 35) para su posterior transporte a los consumidores (F1, F2 , ...... Fn), donde el aire húmedo recirculado (5) es conducido a través de un
intercambiador de calor (6) situado en el bucle de recirculación (15, 25, 35) en cuyo intercambiador de calor (6) se calienta el aire húmedo recirculado (3).
15. Procedimiento de humidificación según cualquiera de las reivindicaciones 14, caracterizado porque el aire caliente de la cabina de una aeronave (60) se conduce a través del intercambiador de calor (6).
16. Procedimiento humidificador según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque el flujo de recirculación (3) se regula según la necesidad de humedad.
17. Procedimiento de humidificación según cualquiera de las reivindicaciones 14-16, caracterizado porque el suministro de aire no humidificado se controla hacia una presión constante, variando la potencia del ventilador de circulación (4) de acuerdo con la necesidad de aire.
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