ES2936287T3 - Sistema de aire acondicionado de una cabina de aeronave que comprende medios de calentamiento del agua acumulada por el bucle de extracción de agua - Google Patents

Sistema de aire acondicionado de una cabina de aeronave que comprende medios de calentamiento del agua acumulada por el bucle de extracción de agua Download PDF

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Abstract

Sistema de aire acondicionado para cabina (10) de aeronave, que comprende: un dispositivo de toma de aire; una turbomáquina de ciclo de aire (12); al menos un intercambiador de refrigeración principal (16); un circuito de extracción de agua (30); un conducto (26) de distribución del agua extraída por el lazo de extracción (30), caracterizado porque comprende además medios (40) de recalentamiento del agua extraída por el lazo de extracción de agua para poder atomizar el agua en un aire dinámico canal (22) que alimenta al intercambiador principal (16). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de aire acondicionado de una cabina de aeronave que comprende medios de calentamiento del agua acumulada por el bucle de extracción de agua
Campo técnico de la invención
La invención se refiere a un sistema de aire acondicionado de una cabina de un vehículo de transporte aéreo o ferroviario. La invención se refiere, más particularmente, a un sistema de aire acondicionado que comprende un bucle de extracción de agua y medios de calentamiento del agua acumulada por este bucle.
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 un 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. Esta agua se inyecta, en general, a una temperatura del orden de 20 °C, que es la temperatura del separador de agua del bucle de extracción de agua.
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.
No obstante, los inventores han buscado mejorar un sistema de aire acondicionado de este tipo y, en concreto, mejorar las prestaciones de enfriamiento del paso caliente del intercambiador principal de enfriamiento.
El documento de patente EP 0.019.492 A2 también muestra un sistema de aire acondicionado de una cabina de una aeronave y divulga el preámbulo de la reivindicación 1.
Objetivos de la invención
La invención tiene como propósito proporcionar un sistema de aire acondicionado de una cabina de un vehículo de transporte, tal como una aeronave, que permite mejorar las prestaciones de enfriamiento del paso caliente del intercambiador principal de enfriamiento.
La invención tiene como propósito, igualmente, proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un sistema de aire acondicionado adaptado para los canales de circulación de aire dinámico compactos, como, por ejemplo, los utilizados para los vehículos de transporte ferroviario.
Exposición de la invención
Para hacer esto, la invención se refiere a un sistema de aire acondicionado de una cabina de una aeronave que comprende:
- un dispositivo de toma de aire en una fuente de aire,
- una turbomáquina de ciclo de aire que comprende al menos una turbina y una rueda consumidora de energía (18) acopladas mecánicamente una a la otra, 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 dicho dispositivo de toma de aire 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 dispositivo de toma de aire 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, denominada agua de pulverización, en el flujo de aire dinámico de dicho canal de aire dinámico.
El sistema de aire acondicionado según la invención está caracterizado por que comprende, además, medios de calentamiento del agua de pulverización dispuestos entre dicho bucle de extracción de agua y dicho canal de aire dinámico, aguas arriba de dicho intercambiador principal de enfriamiento, para permitir una evaporación del agua pulverizada en dicho canal de aire dinámico, que contribuye a enfriar el aire dinámico de dicho circuito primario del intercambiador principal y a favorecer el enfriamiento del aire caliente de dicho circuito primario de dicho intercambiador principal.
El sistema de aire acondicionado según la invención presenta, por lo tanto, la particularidad de calentar el agua extraída por el bucle de extracción de agua antes de pulverizarla en el canal de aire dinámico. En efecto, los inventores han realizado que este calentamiento del agua permite optimizar la eficacia de la evaporación del agua en el canal de aire dinámico y, por lo tanto, bajar la temperatura del aire ambiente que circula en el canal de aire dinámico. En particular, el agua calentada por los medios de calentamiento se evapora más rápido en el canal de aire dinámico y de manera más completa que la misma agua no calentada, con idéntica arquitectura.
Los inventores han determinado, en concreto, 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. Previendo medios de calentamiento de esta agua extraída para alcanzar, por ejemplo, una temperatura de 60 °C, el tiempo de evaporación se divide por un factor de 13 por el cambio de la presión de vapor de saturación.
Ventajosamente y según la invención, dicha turbomáquina de ciclo de aire comprende, además, al menos un compresor acoplados mecánicamente a dicha turbina y a dicha rueda consumidora de energía, comprendiendo dicho compresor una entrada de aire conectada a dicho dispositivo de toma de aire y una salida de aire conectada a dicho intercambiador principal de enfriamiento, estando dicho circuito primario de dicho intercambiador principal alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho compresor.
Esta variante ventajosa permite comprimir el aire procedente del dispositivo de toma de aire por el compresor de la turbomáquina antes de enfriamiento por el intercambiador principal. En otros términos, esta variante de la invención permite disponer de una etapa de compresión dentro de la turbomáquina de ciclo de aire y, por lo tanto, recibir un aire no comprimido tomado en el exterior de la aeronave o formar una segunda etapa de compresión en el caso en que el aire proporcionado al compresor ya es un aire comprimido (llegado el caso, esto permite proporcionar un "boost" ("aumento") en presión según la terminología inglesa correspondiente).
Ventajosamente y según la invención, dichos medios de calentamiento del agua de dicha conducción de distribución de agua comprenden al menos un intercambiador de calor, denominado intercambiador de pulverización, que comprende un circuito frío alimentado por dicha agua de dicha conducción de distribución y un circuito caliente alimentado por una fuente de fluido caliente.
Según esta variante ventajosa, el agua extraída por el bucle de extracción de agua atraviesa un intercambiador, denominado intercambiador de pulverización, que está configurado para poder asegurar intercambios térmicos entre un paso frío alimentado por el agua extraída por el bucle de extracción de agua y un paso caliente alimentado por una fuente de fluido caliente.
Ventajosamente y según esta variante, dicho circuito de fluido caliente de dicho intercambiador de pulverización es un circuito de combustible, un circuito de aceite, un circuito de un fluido caloportador o un circuito de aire de la aeronave.
Según esta variante ventajosa, la fuente de fluido caliente que alimenta el intercambiador de pulverización es ya sea un circuito de combustible, ya sea un circuito de aceite, ya sea un circuito de un fluido caloportador, ya sea un circuito de aire de la aeronave. En particular, una aeronave comprende numerosos circuitos de fluido que presentan temperaturas superiores a la temperatura del agua extraída por el bucle de extracción de agua, que es, en general, próxima a los 20 °C. De este modo, cualquier circuito de fluido que presenta una temperatura superior a la temperatura del agua acumulada por el bucle de extracción de agua, puede formar el paso caliente del intercambiador de pulverización.
Ventajosamente y según esta variante, en el caso en que el circuito de fluido caliente del intercambiador de pulverización es un circuito de aire de la aeronave, este circuito de aire es ventajosamente el circuito de aire primario del intercambiador principal.
Esta variante permite ventajosamente enfriar más el paso caliente del intercambiador principal utilizando el circuito de agua del intercambiador de pulverización como un paso frío de enfriamiento del paso caliente del intercambiador principal.
Esta variante presenta, por lo tanto, una doble ventaja de poder enfriar el paso frío del intercambiador principal pulverizando agua calentada en la entrada del intercambiador y subenfriar el paso caliente del intercambiador principal por mediación del intercambiador de pulverización.
Según otra variante, los medios de calentamiento del agua comprenden una resistencia eléctrica o un sistema de bomba de calor o un sistema de efecto Peltier. De una manera general, cualquier tipo de medio configurado para calentar un agua puede implementarse en el marco de la invención para asegurar el calentamiento del agua
Ventajosamente y según la invención, dicho intercambiador de pulverización está integrado dentro de dicho intercambiador principal de enfriamiento.
Según esta variante ventajosa, el intercambiador de pulverización y el intercambiador principal de enfriamiento están formados en una sola pieza.
Esta variante ventajosa permite, en concreto, diseñar un canal de aire dinámico más corto limitando el espacio necesario para prever la pulverización del agua en el canal de aire. Un circuito de aire dinámico más corto de este tipo está, en concreto, adaptado para los vehículos ferroviarios.
Ventajosamente y según la invención, dicho intercambiador principal de enfriamiento comprende:
- una pluralidad de canales superpuestos de circulación de dicho aire frío, 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 caliente, 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,
- 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 conectada de forma fluida a dicha conducción de distribución de agua y una salida de agua para permitir el calentamiento 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 calentada 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.
Ventajosamente y según la invención, dicho bucle de extracción de agua comprende:
- un condensador que comprende un circuito primario de aire alimentado por el flujo de aire en la salida de dicho intercambiador principal de enfriamiento, en interacción térmica con un circuito secundario de aire alimentado por un flujo de aire procedente de dicha turbina, para permitir una condensación de dicho flujo de aire de dicho circuito primario,
- un extractor de agua dispuesto en la salida de dicho condensador y configurado para poder recuperar el agua condensada por el condensador y suministrarla a dicha conducción de distribución de agua.
El bucle de extracción según esta variante de la invención está destinado a secar el aire antes de su inyección en la turbina de la turbomáquina de ciclo de aire para expandirse y distribuirse hacia la cabina de la aeronave (por mediación de una cámara de mezcla).
Ventajosamente y según la invención, comprende, además, un calentador que comprende un circuito primario de aire alimentado por dicho circuito primario de aire de dicho intercambiador principal de enfriamiento y que alimenta dicho circuito primario de aire de dicho condensador, en interacción térmica con un circuito secundario alimentado por el aire procedente de dicho extractor de agua para permitir calentar el aire comprimido que alimenta el circuito primario de dicho calentador.
Esta variante ventajosa permite aumentar la temperatura del aire que alimenta la turbina de la máquina de ciclo de aire, lo que permite vaporizar las eventuales gotas de agua no captadas por el extractor de agua y protege, por lo tanto, la turbina contribuyendo al mismo tiempo a mejorar las prestaciones de la turbina de expansión de la turbomáquina de ciclo de aire.
Ventajosamente y según la invención, dicho dispositivo de toma de aire comprimido en un motor de la aeronave es un dispositivo de toma de aire en un motor de propulsión de la aeronave o un dispositivo de toma en un motor auxiliar de la aeronave.
Como se ha indicado anteriormente, nada impide, según otra variante, alimentar directamente el compresor de la turbomáquina de ciclo de aire por un aire ambiente tomado directamente en el exterior del vehículo por medio de un colector de aire y/o prever un compresor intermedio dispuesto entre el colector de aire de toma y el compresor de la turbomáquina de ciclo de aire, llegado el caso.
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 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 de un sistema de aire acondicionado según un modo de realización de la invención,
[Fig. 2] es una vista esquemática de un sistema de aire acondicionado según otro modo de realización de la invención,
[Fig. 3] es una vista esquemática en perspectiva de un intercambiador principal de enfriamiento de un sistema de aire acondicionado según un modo de realización de la invención,
[Fig. 4] es una vista esquemática de un detalle del intercambiador principal de enfriamiento de la figura 3, [Fig. 5] es una vista esquemática en perspectiva de una aeronave según un modo de realización según 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. Además, los elementos idénticos, similares o análogos se designan por las mismas referencias en todas las figuras.
La figura 1 ilustra de manera esquemática un sistema de aire acondicionado 9 de una cabina 10 de una aeronave 8 que 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. Este árbol mecánico 19 arrastra, igualmente, un ventilador 18 que forma una rueda consumidora de energía, cuyo papel se describe más adelante.
El compresor 13 comprende una entrada de aire 13a conectada a un dispositivo de toma de aire en una fuente de aire, no representado en las figuras 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 Primary 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 en un compresor de un motor de propulsión de la aeronave o un dispositivo de toma de aire en un compresor de un motor auxiliar de la aeronave, incluso un dispositivo de toma de aire en un colector de aire de la aeronave asociado o no a un compresor intermedio, alimenta el compresor 13 de la turbomáquina de ciclo de aire 12 después de pasar 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 el 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 a un intercambiador principal de enfriamiento, 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.
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 m Hx 16 después de pasar 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 calentador 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 calentador 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 de agua 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 las figuras 1 y 2.
Esta conducción de distribución de agua 26, también designada en todo el texto por los términos de conducción de pulverización, se extiende entre el extractor de agua 33 y el canal de aire dinámico 22, aguas arriba del intercambiador principal MHX 16, para poder pulverizar el agua recuperada por el extractor de agua 33 en el flujo de aire dinámico del canal de aire dinámico 22.
La figura 2 ilustra otro modo de realización de la invención. La principal diferencia con respecto al modo de realización de la figura 1 se refiere a la turbomáquina de ciclo de aire 12. En la figura 2, la turbomáquina 12 comprende únicamente la turbina de expansión 14 y el ventilador 18 montados sobre el árbol 19. En otros términos, según este modo de realización, la turbomáquina 12 no comprende compresor montado sobre el árbol mecánico 19. Además y según este modo de realización, el aire procedente del dispositivo de toma de aire, no representado en las figuras, alimenta directamente el intercambiador principal MHX16 por la conducción 20 (que, por lo tanto, ya no conecta el dispositivo de toma de aire y el intercambiador PHX 15, como para el modo de realización de la figura 1, sino directamente el intercambiador principal MHX16). Por lo tanto, este modo de realización está desprovisto, igualmente, de un intercambiador primario PHX15. El aire que alimenta el intercambiador principal MHX16 es, por lo tanto, según este modo de realización, un aire ya comprimido. Este aire es, por ejemplo, un aire tomado en un motor de propulsión de una aeronave o un aire tratado por un compresor aguas arriba.
Cualquiera que sea el modo de realización considerado (turbomáquina con compresor o sin compresor), el sistema de aire acondicionado según la invención comprende, igualmente, medios de calentamiento del agua de pulverización 40 que circula en la conducción de pulverización 26. Estos medios de calentamiento del agua de pulverización 40 están formados, por ejemplo, y tal como se representa en la figura 1, por un intercambiador de calor, denominado intercambiador de pulverización, que comprende un circuito frío alimentado por el agua de la conducción de pulverización 26 y un circuito caliente transversal 26b alimentado por una fuente de fluido caliente. Este circuito caliente 26b puede ser de cualquier tipo. Puede tratarse, por ejemplo, de una derivación de un circuito de combustible que alimenta un motor de propulsión de la aeronave o una derivación de un circuito de aceite de lubricación de una pieza de motor de la aeronave o una derivación de un circuito de aire del sistema de aire acondicionado de la aeronave. Se puede implementar cualquier tipo de intercambiador de calor de un fluido caliente y de un fluido frío líquido para formar los medios de calentamiento del agua de pulverización 40.
De una manera general, este circuito caliente se puede elegir en función de la arquitectura del sistema de aire acondicionado y de la facilidad de desviar un circuito caliente para formar el paso caliente del intercambiador de pulverización.
La presencia de un intercambiador de pulverización de este tipo en la conducción de pulverización 26 permite, por lo tanto, calentar el agua que circula en la conducción de pulverización 26 y, por lo tanto, optimizar la eficacia de la evaporación del agua en el canal de aire dinámico 22. Esto contribuye, en concreto, a permitir bajar la temperatura del aire ambiente que circula en el canal de aire dinámico 22 y, por lo tanto, mejorar el enfriamiento del aire procedente del compresor 13 que forma el paso caliente del intercambiador MHX 16. El agua calentada por los medios de calentamiento 40 se evapora más rápido y totalmente en el canal de aire dinámico 22.
Según un modo de realización particular y tal como se representa en las figuras 3 y 4, los medios de calentamiento 40 están integrados en el intercambiador m Hx 16.
Para hacer esto, el intercambiador MHX16 comprende una pluralidad de placas paralelas superpuestas unas en 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 3 y 4, una forma general de U y se extiende entre una entrada de aire primario 61 y una salida de aire primario 62. Cada rama de la U se extiende según una dirección primaria P, tal como se representa en las figuras 3 y 4 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 están globalmente perpendiculares entre sí y anidados en pares para formar zonas de intercambios térmicos en cada interfaz de un canal secundario y de una rama 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 canal interno que se extiende según la dirección primaria P abriendo sobre la entrada de agua 63a y que conecta de forma fluida 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 calienta por el aire que circula en los canales primarios 60.
El intercambiador según el modo de realización de las figuras comprende, además, un recogedor de agua 90 en el que desembocan las salidas 83b de todas las barras de cierre secundarias 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 recogedor de agua 90 por un tubo 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 acumulada por el recogedor 90 y calentada 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 calentada pueda pulverizarse en el flujo de aire secundario que alimenta el intercambiador.
El intercambiador según este modo de realización comprende, igualmente, una entrada común de aire primario 66 que desemboca en las entradas de aire primarias 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 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 una rama de la U a lo largo de la dirección primaria P, hace medio giro por una tubería redondeada que conecta las dos ramas paralelas 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 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.
Los canales primarios 60 están 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 es procedente de un bucle de extracción de agua de un sistema de aire acondicionado, como se ilustra esquemáticamente en las figuras 1 y 2.
Esta agua se calienta por intercambios térmicos entre las barras de cierre secundario y el flujo de aire primario. Esta agua calentada se acumula por el recogedor de agua 90 que está conectado al distribuidor de agua 95. Por lo tanto, esta agua calentada 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 lo tanto, un sistema de aire acondicionado según este modo de realización es particularmente eficaz en la medida en que permite un mejor enfriamiento del aire limitando al mismo tiempo en gran medida el volumen del sistema.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de aire acondicionado de una cabina (10) de una aeronave que comprende:
- un dispositivo de toma de aire en una fuente de aire,
- una turbomáquina de ciclo de aire (12) que comprende al menos una turbina (14) y una rueda consumidora de energía (18) acopladas mecánicamente una a la otra, 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 dicho dispositivo de toma de aire y dicha entrada de aire (14a) de dicha turbina (14), comprendiendo dicho intercambiador principal (16) un circuito primario alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho dispositivo de toma de aire 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 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 (14),
- una conducción de distribución de agua (26) extraída por dicho bucle de extracción (30) que se extiende entre dicho bucle de extracción de agua (30) y dicho canal de aire dinámico (22), aguas arriba de dicho intercambiador principal (16), para poder pulverizar el agua extraída por dicho bucle de extracción de agua (30), denominada agua de pulverización, en el flujo de aire dinámico de dicho canal de aire dinámico (22), caracterizado por que comprende, además, medios de calentamiento del agua de pulverización (40) dispuestos entre dicho bucle de extracción de agua (30) y dicho canal de aire dinámico (22), aguas arriba de dicho intercambiador principal de enfriamiento (16), para permitir una evaporación del agua pulverizada en dicho canal de aire dinámico (22), que contribuye a enfriar el aire dinámico de dicho circuito primario del intercambiador principal (16) y a favorecer el enfriamiento del aire caliente de dicho circuito primario de dicho intercambiador principal (16).
2. Sistema de aire acondicionado según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha turbomáquina de ciclo de aire (12) comprende, además, al menos un compresor (13) acoplados mecánicamente a dicha turbina (14) y a dicha rueda consumidora de energía (18), comprendiendo dicho compresor (13) una entrada de aire (13a) conectada a dicho dispositivo de toma de aire y una salida de aire (13b) conectada a dicho intercambiador principal de enfriamiento (16), estando dicho circuito primario de dicho intercambiador principal alimentado por un flujo de aire caliente procedente de dicho compresor (13).
3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que dichos medios de calentamiento del agua (40) de dicha conducción de distribución de agua (26) comprenden al menos un intercambiador de calor, denominado intercambiador de pulverización, que comprende un circuito frío alimentado por dicha agua de dicha conducción de distribución y un circuito caliente (26b) alimentado por una fuente de fluido caliente.
4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado por que dicho circuito de fluido caliente de dicho intercambiador de pulverización es un circuito de combustible, un circuito de aceite, un circuito de un fluido caloportador o un circuito de aire de la aeronave.
5. Sistema según la reivindicación 4, en el que dicho circuito de fluido caliente de dicho intercambiador de pulverización es un circuito de aire de aeronave, caracterizado por que este circuito de aire es el circuito de aire primario de dicho intercambiador principal.
6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicho intercambiador de pulverización está integrado dentro de dicho intercambiador principal de enfriamiento (16).
7. Sistema de aire acondicionado según la reivindicación 6, caracterizado por que dicho intercambiador principal de enfriamiento (16) comprende:
- una pluralidad de canales superpuestos de circulación de dicho aire frío, denominados canales secundarios (80), que se extienden cada uno según una misma dirección, denominada dirección secundaria (P), 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 caliente, 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),
- 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) conectada de forma fluida a dicha conducción de distribución de agua (26) y una salida de agua (83b) para permitir el calentamiento 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 calentada 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.
8. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que dicho bucle de extracción de agua (30) comprende:
- un condensador (32) que comprende un circuito primario de aire alimentado por el flujo de aire en la salida de dicho intercambiador principal de enfriamiento (16), en interacción térmica con un circuito secundario de aire alimentado por un flujo de aire procedente de dicha turbina, para permitir una condensación de dicho flujo de aire de dicho circuito primario,
- un extractor de agua (33) dispuesto en la salida de dicho condensador (32) y configurado para poder recuperar el agua condensada por el condensador y suministrarla a dicha conducción de distribución de agua (26).
9. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado por que comprende, además, un calentador (31) que comprende un circuito primario de aire alimentado por dicho circuito primario de aire de dicho intercambiador principal de enfriamiento (16) y que alimenta dicho circuito primario de aire de dicho condensador (32), en interacción térmica con un circuito secundario alimentado por el aire procedente de dicho extractor de agua para permitir calentar el aire comprimido que alimenta el circuito primario de dicho calentador.
10. Sistema de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que dicho dispositivo de toma de aire es un dispositivo de toma de aire en un motor de propulsión de la aeronave o un dispositivo de toma de aire en un motor auxiliar de la aeronave.
11. Sistema de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que dicha rueda consumidora de energía (18) es un ventilador configurado para permitir la circulación de aire dinámico en dicho canal de circulación de aire dinámico (22).
12. Vehículo de transporte aéreo o ferroviario (8) que comprende una cabina (10) y un sistema de aire acondicionado (9) de esta cabina, caracterizado por que dicho sistema de aire acondicionado (9) de la cabina es un sistema según una de las reivindicaciones 1 a 11.
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