ES2249645T3 - Deshumectacion de aire en instalaciones de aire acondicionado con circuito de aire. - Google Patents

Abstract

Instalación de aire acondicionado de avión que funciona con aire como medio de procesamiento, con condensador por el que circula aire de procesamiento, separador de agua etapa de expansión, estando el separador de agua preconectado a la etapa de expansión, y con un compresor para poner a disposición aire comprimido, recibiendo el compresor aire precomprimido o bien aire ambiente o aire de acumulación o aire de cabina y comprimiendo este aire, estando el compresor unido al condensador por el lado de salida y estando postconectado al condensador el separador de agua y estando el separador de agua unido por el lado de salida a la etapa de expansión, estando formado el condensador por un intercambiador de calor (intercambiador RAM) (RAMCON) refrigerado con aire ambiente o aire de acumulación y situado en el canal de aire de acumulación, al que se alimenta por el lado del aire a presión el aire comprimido a deshumectar comprimido en el compresor, no mostrando la instalación de aire acondicionadoun condensador adicional y estando previsto un recalentador (REH, R, RE), que está preconectado a la etapa de expansión y que recibe aire caliente, para vaporizar agua residual en el aire alimentado a la etapa de expansión, estando unido el recalentador (REH, R) en su lado de aire caliente, por el lado de entada, a la entrada de aire a presión del intercambiador de calor RAM (RAM CON, RAM) y, por el lado de salida, a la entrada del compresor C preconectado al intercambiador de calor RAM (RAM CON, RAM) en el lado de aire a presión.

Description

Deshumectación de aire en instalaciones de aire acondicionado con circuito de aire.

La presente invención se refiere a una instalación de aire acondicionado de avión que funciona con aire como medio de procesamiento, con etapa de expansión por la que circula aire de procesamiento, condensador y separador de agua que está preconectado a la etapa de expansión.

Los sistemas de este tipo se conocen en diferentes formas de ejecución. Sirven para deshumectar el aire alimentado a la cabina por ejemplo de un avión. La deshumectación del aire de procesamiento es especialmente necesaria cuando el avión se encuentra a altitudes de vuelo bajas o cuando la instalación de aire acondicionado funciona en servicio de tierra. Para este proceso de deshumectación de alta o baja presión se utiliza en todos los sistemas conocidos, indirecta o directamente, aire de salida de turbina.

La figura 1 muestra un sistema de deshumectación de este tipo conforme al estado de la técnica. Se trata con ello de un proceso de deshumectación con uso indirecto del aire de salida de turbina. En el caso del sistema de deshumectación aquí representado circula aire a presión precomprimido a través del intercambiador de calor primario PHX y a continuación se sigue comprimiendo en el compresor C. Este aire circula a continuación a través del intercambiador de calor secundario SHX. Los dos intercambiador de calor PHX y SHX están dispuestos en el canal de aire de acumulación y se refrigeran con aire ambiente o bien, en servicio de vuelo, con aire de acumulación. El aire que sale del intercambiador de calor secundario SHX circula a continuación a través del recalentador REH y se sigue enfriando en el condensador CON postconectado. Aquí se condensa una parte de la humedad contenida en el aire. A continuación se separa la parte condensada de la humedad en el separador de agua WE. El aire se guía después de pasar por el separador de agua WE y el lado frío del recalentador REH en la turbina T, allí se expande y con ello se enfría. El aire enfriado se guía a través del lado frío del condensador CON y se condensa una parte de la humedad. Independientemente de esto después de esta turbina T pueden venir otras etapas de turbina. En cualquier caso se utiliza sin embargo aire frío de salida de turbina con fines de condensación.

Un sistema de deshumectación de este tipo conlleva el inconveniente de que se necesita una pieza constructiva adicional en forma de un condensador, con lo que se produce un mayor requisito de espacio constructivo del sistema a causa de la limitada flexibilidad en la disposición de componentes. Otro inconveniente consiste en pérdidas de presión adicionales a través del condensador CON y un reducido grado de eficacia termodinámico del procesamiento del sistema a causa de la transmisión de calor a la salida de turbina. Otro inconveniente estriba en que normalmente se necesita un diseño de condensador complejo (por ejemplo derivación), para reducir o impedir el riesgo de congelación o bloqueo en el lado caliente y en el frío. Puede estar por ejemplo previsto que el lado frío de entrada al condensador pueda calentarse para evitar salientes de hielo. En total se produce una mayor complejidad para la protección contra la congelación causada por el condensador CON.

Asimismo se conocen sistemas de deshumectación que prevén un uso directo del aire de salida de turbina. Con ello se separa humedad directamente después de la turbina. Un sistema de este tipo se ha representado en corte en la figura 2. El separador de agua WE se ha postconectado a la turbina T. Aquí la temperatura del aire de salida de turbina debe ser superior a 0ºC, para impedir una congelación en el separador de agua WE. La condensación de la humedad se realiza en la turbina a causa de la expansión y el enfriamiento a ello ligado. Con ello también pueden venir otras etapas de turbina después del separador de agua WE. Si al separador de agua WE no se ha postconectado ninguna otra turbina se habla de separación de agua de baja presión.

El uso directo del aire de salida de turbina para deshumectar está ligado a los siguientes inconvenientes. Si sólo se ha previsto una etapa de turbina, se trata de la separación de baja presión, se produce a causa del menor nivel de presión a la salida de turbina una mayor corriente volumétrica para los componentes de separación de agua, para lo que es necesario prever unos componentes correspondientemente mayores. Ligado a esto está un aumento indeseado de peso y dimensiones. Otro inconveniente consiste en que los separadores de agua de baja presión necesitan mantenimiento, mientras que los separadores de alta presión no.

La temperatura de salida de turbina está limita a valores superiores a 0ºC, para evitar congelación. Para producir la potencia refrigeradora exigida es necesario compensar esta temperatura limitada mediante un mayor causal. También esto conduce a un aumento indeseado de peso y tamaño constructivo.

Asimismo puede estar previsto prever al menos dos etapas de turbina (separación de alta presión). Para evitar en el caso de uso directo del aire de salida de turbina para separar el agua el inconveniente de la temperatura de salida limitada se necesitan hasta ahora al menos dos dispositivos de expansión, llevándose a cabo la deshumectación entre dos etapas. Esta segunda etapa hace sin embargo el sistema más complejo y está ligada a una complejidad adicional (dos máquinas refrigeradores o una máquina refrigeradora con dos etapas de turbina), peso adicional y menor fiabilidad.

Del documento EP 1 112 930 A2 se conoce un sistema de climatización que, aparte del intercambiador de calor dispuesto en el canal de aire de acumulación, prevé otro condensador que sirve para condensar la humedad situada en el aire tomado del grupo motopropulsor. El agua se extrae a continuación de un separador de agua.

El documento DE 199 35 918 A1 hace patente un sistema de climatización en el que, además del intercambiador de calor situado en el canal de aire de acumulación y que actúa como condensador, está previsto otro condensador que sirve para seguir deshumectando el aire de toma y por el que circula aire frío de salida de turbina procedente de una primea etapa de expansión.

Del documento U.S. 6,128,909 se conoce otro sistema de climatización en el que, además del intercambiador de calor dispuesto en el canal de aire de acumulación, está previsto otro condensador que sirve para seguir deshumectando el aire alimentado a una turbina.

El documento U.S. 4,963,174 hace patente un sistema de climatización en el que el aire de toma se refrigera en un condensador, que forma parte de un circuito cerrado de refrigeración. El agua condensada durante la refrigeración se extrae de un separador de agua postconectado al evaporador.

Por ello la tarea de la presente invención es poner a disposición un sistema para deshumectar aire en una instalación de aire acondicionado basada en aire, cuyo espacio constructivo y peso estén optimizados y en el que pueda evitarse al mismo tiempo la problemática de congelación.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante una instalación de aire acondicionado de aire de avión con las particularidades de la reivindicación 1. La instalación de aire acondicionado presenta un compresor para poner a disposición aire comprimido, recibiendo el compresor aire precomprimido o bien aire ambiente o aire de acumulación o aire de cabina y comprimiendo este aire, estando el compresor unido al condensador por el lado de salida y estando postconectado al condensador el separador de agua y estando el separador de agua unido por el lado de salida a la etapa de expansión. Según esto el condensador está formado un intercambiador de calor (intercambiador RAM) refrigerado con aire ambiente o aire de acumulación o bien otro fluido excepto aire de procesamiento, al que se alimenta por el lado del aire a presión el aire comprimido a deshumectar. La instalación de aire acondicionado no presenta conforme a la invención otro condensador, ya que el intercambiador de calor situado en cualquier caso en el canal de aire de acumulación se aprovecha con fines de condensación. Por el lado del aire a presión se alimenta al intercambiador RAM el aire comprimido a deshumectar. Las condiciones de funcionamiento se eligen de tal modo que en el intercambiador de calor RAM tiene lugar una formación de agua condensada y que con preferencia se separa después casi el 100% de esta agua condensada. Mediante grados de eficacia optimizados del intercambiador de calor RAM y del separador de agua, así como de un mayor nivel de presión, puede conseguirse que no sea necesaria una ulterior deshumectación.

Asimismo se ha previsto un recalentador, que está preconectado a la etapa de expansión y que recibe aire caliente, para vaporizar agua residual en el aire alimentado a la etapa de expansión. Esto es especialmente ventajoso si una turbina postconectada al proceso de deshumectación expande el aire a menos de 0ºC. Por el recalentador circula aire más caliente, con lo que la porción de agua que queda después del separador de agua se vaporiza y de este modo se impide una congelación en la turbina. La cantidad de aire caliente de recalentador es con ello claramente menor que la cantidad de aire a presión. El abastecimiento con aire caliente puede llevarse a cabo en diferentes variantes.

El recalentador está unido en su lado de aire caliente, por el lado de entada, a la entrada de aire a presión del intercambiador de calor RAM y, por el lado de salida, a la entrada de un compresor preconectado al intercambiador de calor RAM en el lado de aire a presión.

Se ha previsto una etapa de compresión, que está preconectada por al lado del aire a presión al intercambiador de calor RAM. El aire a deshumectar pasa de este modo después del compresor por el intercambiador de calor RAM, en el que tiene lugar la condensación conforme a la invención. En una configuración ventajosa la etapa de compresión está formada por un compresor y la etapa de expansión por una turbina, que forman una máquina de 3 ruedas con un ventilador dispuesto en el canal de aire de acumulación.

Conforme a la invención el aire comprimido se pone a disposición mediante una etapa de condensador, que recibe aire precomprimido o bien aire ambiente o aire de acumulación o aire de cabina y comprime este aire. El aire precomprimido puede ser por ejemplo aire de toma procedente del grupo motopropulsor o de un grupo motopropulsor auxiliar de un avión.

En otra configuración de la presente invención se ha previsto que al intercambiador de calor RAM esté preconectado por el lado de aire a presión un intercambiador de calor primario.

El intercambiador de calor RAM y el intercambiador de calor primario pueden estar dispuestos en el canal de aire de acumulación, de tal modo que el intercambiador de calor primario reciba aire de refrigeración con contenido de aire ambiente o aire de acumulación, en serie o paralelo al intercambiador de calor RAM.

Conforme a la invención puede usarse también otro medio de refrigeración o fluido excepto aire de procesamiento.

En una configuración ventajosa el intercambiador de calor RAM y el intercambiador de calor primario están dispuestos en el canal de aire de acumulación, de tal manera que el intercambiador de calor primario está dispuesto por zonas en serie y por zonas en paralelo, que el intercambiador de calor primario recibe directamente aire de refrigeración con contenido de aire ambiente o aire de acumulación. De este modo puede conseguirse que el aire a presión alimentado a la etapa de compresión se enfríe hasta un nivel de temperatura situado por debajo del que podría conseguirse en el caso de una conexión totalmente en serie entre el intercambiador de calor RAM y el intercambiador de calor primario. La baja temperatura en el lado de entrada de la etapa de compresión conduce a una temperatura correspondientemente menor en la entrada del intercambiador de calor RAM y, de este modo, a condiciones de condensación más favorables.

Puede estar previsto que el intercambiador de calor RAM no presente ninguna aleta de refrigeración en la región de salida por el lado del aire a presión, en el lado del aire de acumulación. Debido a que para el grado de transmisión de calor fundamentalmente la temperatura de aire de acumulación es decisiva en la región de salida de un intercambiador de calor por el lado del aire a presión, es importante que esta región del intercambiador de calor primario reciba aire a ser posible refrigerado, lo que se consigue por medio de que el intercambiador de calor RAM no presente ninguna aleta de refrigeración en la región de salida por el lado del aire a presión, en el lado del aire de acumulación.

Un aumento del grado de eficacia del intercambiador de calor RAM se consigue por medio de que éste esté ejecutado como circulador en cruz, circulador en cruz doble, contra-circulador en cruz y/o circulador en cruz paralelo doble. El circulador en cruz paralelo doble recibe adicionalmente un refrigerante secundario.

En el caso del refrigerante secundario puede tratarse por ejemplo de aire de cabina u otro fluido. De forma correspondiente en otra configuración de la presente invención se han previsto unos medios, por medio de los cuales el aire de cabina puede alimentarse como aire de refrigeración al intercambiador de calor RAM.

En una configuración preferida la adición mezclando del aire de cabina se realiza, en el lado del aire de acumulación, en la región de salida por el lado del aire a presión del intercambiador de calor RAM.

Asimismo puede estar prevista una turbina de expansión para expander el aire de cabina, estando previstos unos medios por medio de los cuales el aire de cabina expandido puede alimentarse como aire de refrigeración al intercambiador de calor RAM.

En una configuración preferida de la presente invención el intercambiador de calor RAM está divido en dos, recibiendo la región de intercambiador de calor vuelta hacia el lado de salida por el lado del aire a presión el aire de cabina expandido.

Fundamentalmente el intercambiador de calor RAM puede estar dividido en dos, recibiendo la región de intercambiador de calor vuelta hacia el lado de salida por el lado del aire a presión aire u otro fluido, cuya temperatura está situada por debajo de la temperatura del aire ambiente o de la temperatura del aire de acumulación. En el caso de este aire de refrigeración secundario o fluido puede tratarse de aire de cabina. En el caso de la ejecución con aire de refrigeración secundario existe la posibilidad de postconectar un segundo intercambiador de calor al lado de salida del intercambiador de calor RAM por el lado del aire de presión, pudiéndose refrigerar este segundo intercambiador de calor por ejemplo con aire de cabina a 27ºC. Este segundo intercambiador de calor también puede estar integrado en el intercambiador de calor RAM. Alternativamente puede también refrigerarse sólo la región del lado de salida del aire a presión del intercambiador de calor RAM, por el lado del aire de acumulación, adicionalmente con aire de
cabina.

El aire de cabina se alimenta al intercambiador de calor RAM con preferencia sólo en tierra o a altitudes de vuelo bajas. A causa de la baja temperatura del aire de acumulación y de la reducida humedad ambiental en el vuelo, a mayores altitudes de vuelo, ya no se necesita aire de cabina como aire de refrigeración. Sin embargo, para que en esta fase del vuelo pueda usarse toda la sección transversal por el lado del aire de acumulación para el intercambiador de calor RAM, la alimentación de aire de acumulación y de aire de refrigeración secundario, en especial aire de cabina, no está separada totalmente en el intercambiador de calor RAM. Es decir, la parte del intercambiador de calor RAM que recibe en tierra el aire de refrigeración secundario recibe en vuelo aire de acumulación (con la alimentación de aire de cabina desconectada).

Puede conseguirse una mejora adicional de la potencia de refrigeración previendo unos medios, por medio de los cuales pueda inyectarse agua en la corriente de aire de refrigeración del intercambiador de calor RAM, siendo el agua agua que aparece en el separador de agua y/o puesta a disposición adicionalmente. La entalpía de vaporización del agua inyectada se utiliza aquí para reducir la temperatura del aire de refrigeración o del aire ambiente o de acumulación, lo que aumenta de forma correspondiente la potencia de refrigeración.

El agua se inyecta con preferencia, por el lado del aire de acumulación, en la región de salida del lado del aire a presión del intercambiador de calor RAM. Puede estar además previsto que el agua se inyecte tanto en la corriente de aire ambiente o aire de acumulación como en la corriente de aire de cabina alimentada al intercambiador de calor RAM. El grado de eficacia puede mejorarse mediante una inyección de agua eficiente y/o mediante un aumento de la cantidad de aire de acumulación.

Conforme a una horma de ejecución, en tierra se alimenta el aire de refrigeración o el aire ambiente o de acumulación mediante un ventilador FAN que está unido, por medio de un árbol común, al compresor y a la turbina.

Conforme a otra configuración de la presente invención se ha previsto en el canal de aire de acumulación un ventilador, que no está unido a la etapa de expansión y compresión y que está equipado con un accionamiento propio. Mediante el desacoplamiento del ventilador de la turbina se consigue que el compresor disponga de toda la potencia de turbina, con lo que se obtiene un aumento adicional de la potencia de compresor. El mayor nivel de presión obtenido con esto en el intercambiador de calor RAM conduce a un mayor grado de condensación.

El ventilador puede accionarse mediante un motor y/o turbina aparte. Puede estar previsto que el ventilador se accione mediante un motor y/o turbina aparte y que esté unido, por el lado de accionamiento, mediante un árbol a un compresor suplementario preconectado a un intercambiador de calor RAM.

En una configuración preferida de la presente invención está previsto que el separador de agua esté integrado en la salida del intercambiador de calor RAM, por el lado del aire a presión, de tal modo que ambos componentes formen una unidad.

También puede estar previsto que el separador de agua esté postconectado al intercambiador de calor RAM por el lado del aire a presión y forme una unidad constructiva aparte.

En otra configuración de la presente invención se han postconectado al separador de agua dos o más etapas de expansión conectadas en paralelo o serie. Por ejemplo puede estar previsto que una unidad de deshumectación sea utilizada conjuntamente por dos turbinas.

En otra configuración de la presente invención se ha previsto una derivación, que puede cerrarse con una válvula y evita el separador de agua, la cual está unida a la entrada de la unidad de expansión. En el caso de mayores altitudes de vuelo no se requiere una deshumectación del aire a causa de la reducida humedad ambiental. Para estas condiciones puede aumentarse la eficiencia del procesamiento del sistema mediante la derivación. La derivación dotada de la válvula puede evitar aparte del separador de agua también el recalentador. Mediante la apertura de la válvula de derivación se evitan el separador de agua y el recalentador, con lo que se eliminan las pérdidas de presión de estos componentes y aumenta de forma correspondiente la permeabilidad y capacidad (potencia de refrigeración) del sistema.

La derivación que presenta una válvula está dispuesta con preferencia de tal modo, que une la salida del intercambiador de calor RAM, por el lado del aire a presión, a la entrada de la unidad de expansión.

Se explican con más detalle ventajas y detalles adicionales de la presente invención, con base en un ejemplo de ejecución representado en el dibujo. Aquí muestran:

las figuras 1, 2: sistemas de deshumectación conforme al estado de la técnica,

la figura 3: representación en corte del sistema de deshumectación con condensación en el intercambiador de calor RAM y separación de agua a continuación,

la figura 4: sistema completo de deshumectación con intercambiador de calor RAM como condensador y máquina de 3 ruedas,

la figura 5: ejecución del intercambiador de calor RAM con disposición PHX en el lado del aire de acumulación parcialmente en serie y parcialmente en paralelo,

la figura 6: diferentes formas de ejecución del intercambiador de calor RAM,

la figura 7: diferentes formas de ejecución del abastecimiento de aire caliente del recalentador,

la figura 8: sistema de deshumectación con ventiladores RAM accionados por motor y derivación con válvula ATV y

la figura 9: sistema de deshumectación con máquinas de 2 ruedas con unidad de deshumectación común, preconectada a las turbinas.

Las formas de ejecución conforma a las figuras 3, 4, 6a), 6), 7b) - 7e) no están comprendidas por la invención.

La figura 3 muestra en una representación en corte la deshumectación de aire por medio de un sistema de deshumectación, que comprende un compresor C, una turbina T así como un intercambiador de calor RAM o condensador RAM CON (intercambiador de calor RAM) conectado entre ambos y separadores de agua WE. El aire a presión, que se extrae normalmente de los grupos motopropulsores o grupos motopropulsores auxiliares de un avión, se alimenta al compresor C y allí se sigue comprimiendo. El aire se guía a continuación a través del intercambiador de calor RAM RAM CON y aquí se enfría. Como aire de refrigeración se utiliza aire de acumulación o bien aire ambiente en servicio en tierra del avión. En el intercambiador de calor RAM RAM CON se enfría el aire a presión y con ello se condensa humedad. El agua condensada se separa casi al 100% en el separador de agua WE postconectado. El aire se guía a continuación a través de la turbina, aquí se expande y enfría y se alimenta a la cámara de mezclado preconectada a la cabina. El compresor C, preconectado por el lado del aire a presión al intercambiador RAM RAM CON, sirve para generar el elevado nivel de presión necesario para la condensación en el intercambiador de calor RAM RAM CON.

La figura 4 muestra el sistema de deshumectación con intercambiador de calor primario PHX y máquina de 3 ruedas. El aire a presión se enfría en el intercambiador de calor primario, se guía hasta el compresor C y allí se sigue comprimiendo. A continuación el aire circula a través del intercambiador de calor RAM RAM CON. Con ello se condensa la humedad. El agua condensada se separa en el separador de agua WE postconectado. El aire circula a continuación a través de la turbina T, en la que se expande el aire y con ello se enfría. El aire se guía a continuación hasta la cabina o una cámara de mezclado. Para regular la temperatura se ha previsto además un conducto, que une el compresor C por el lado de entrada al lado de salida de la turbina T. En ésta se ha previsto una válvula de regulación de temperatura TCV.

En el canal de aire de acumulación se ha dispuesto además el ventilador FAN que, al igual que el compresor C, es accionado por la turbina T y forma con estos componentes una máquina de 3 ruedas.

En el ejemplo de ejecución conforme a la figura 4 el aire de acumulación o ambiente circula en primer lugar a través del intercambiador de calor RAM RAM CON y, a continuación, a través del intercambiador de calor PHX dispuesto en serie.

Las ventajas de un sistema de deshumectación conforme a la invención consisten en especial en que se elimina un componente, precisamente el condensador CON en el caso de uso indirecto del aire de salida de turbina. En comparación con el uso directo del aire de salida de turbina debe citarse como ventaja adicional que se elimina otra etapa de turbina. Ambas cosas tienen la ventaja de un menor volumen constructivo del sistema, un menor peso, una mayor fiabilidad y un mejorado grado de eficacia de procesamiento del sistema al mismo tiempo que unos menores costes. Aparte de esto desaparece la problemática de congelación en el condensador que se produce en los sistemas ya conocidos.

Los requisitos normales en un sistema de deshumectación conforme a las figuras 3 y 4 son por ejemplo una humedad de salida de la instalación de aire acondicionado de 7 g/kg, con una humedad ambiental de 19 g/kg y 38ºC de temperatura del aire ambiente. Este grado de deshumectación se obtiene con un nivel de presión de 5,5 bares y 35ºC a la salida del intercambiador de calor RAM RAM CON, así como un grado de separación de agua del 96% y un grado de eficacia RAM CON del 96%. Sin embargo, también son posibles otras combinaciones de grado de eficacia presión-temperatura para obtener el grado de humectación necesario como por ejemplo en el caso de 6 bares y 37ºC con un grado de separación del 97%.

La temperatura de salida por el lado del aire a presión del intercambiador de calor RAM RAM CON puede reducirse ulteriormente, reduciendo la temperatura de entrada por el lado del aire a presión del intercambiador de calor RAM RAM CON. Esto puede obtenerse aumentando el grado de eficacia del intercambiador de calor primario PHX preconectado, por el lado del aire a presión. Conforme a la figura 5, este aumento del grado de eficacia del PHX se obtiene por medio de que el PHX no está dispuesto en el lado del aire de acumulación completamente en serie (véase la figura 4), sino parcialmente en serie y parcialmente en paralelo al intercambiador de calor RAM RAM CON, como se ha representado en la figura 5. Para el grado de transmisión de calor es fundamentalmente decisiva la temperatura del aire de acumulación en la región de salida, por el lado del aire a presión, de un intercambiador de calor. Por ello es importante que esta región reciba por el lado del aire de acumulación un aire en lo posible más frío. En el ejemplo de ejecución conforme a la figura 5 esto se consigue para el intercambiador de calor primario PHX, por medio de que el intercambiador de calor RAM RAM CON no presente en el lado del aire de acumulación, en la región de salida por el lado del aire a presión, ninguna aleta de refrigeración, como se ha representado antes en la figura 5. En comparación con una disposición puramente en serie conforme a la figura 4, el intercambiador de calor primario PHX recibe con esto, en la región de salida por el lado del aire a presión, claramente un aire de acumulación más frío a por ejemplo 30ºC en lugar de aproximadamente 100ºC. Con ello es suficiente una derivación por el lado del aire de acumulación del intercambiador de calor RAM RAM CON de aproximadamente el 10%, para reducir la temperatura de salida PHX "normal", por el lado del aire a presión, de por ejemplo 110ºC a aproximadamente 85ºC. De aquí se obtiene que el aumento de la transmisión de calor en el intercambiador de calor PHX es claramente mayor que la reducción de la transmisión de calor en el intercambiador RAM RAM CON (a causa de la cantidad de aire de acumulación RAM CON un 10% menor). Según los requisitos reales esta "derivación" del intercambiador de calor RAM RAM CON puede elegirse también mediante diseño mayor o menor que el 10% de la cantidad total de aire de acumulación.

La figura 5 inferior muestra la representación esquemática de la ejecución de intercambiador de calor con disposición parcialmente en serie y parcialmente en paralelo, en el lado del aire de acumulación, del intercambiador de calor PHX con relación al intercambiador de calor RAM RA.

La figura 6 muestra el intercambiador de calor RAM RAM CON en diferentes formas de ejecución. El intercambiador de calor RAM RAM CON puede estar ejecutado como circulador en cruz paralelo doble con aire de refrigeración secundario. Con ello puede tratarse por ejemplo de aire de cabina. La figura 6 a, b muestra una forma de ejecución de este tipo. Aquí el intercambiador de calor RAM RAM CON recibe parcialmente aire de cabina y parcialmente aire de refrigeración ambiente o de acumulación. Al lado de salida del intercambiador de calor RAM, en el lado del aire a presión, puede estar postconectado un segundo intercambiador de calor, refrigerándose este segundo intercambiador de calor por ejemplo con aire de cabina a 27ºC. Este segundo intercambiador de calor puede estar también integrado en el intercambiador de calor RAM RAM CON. Alternativamente a esto puede refrigerarse también sólo la región del lado de salida del aire a presión del intercambiador de calor RAM, por el lado del aire de acumulación, adicionalmente con aire de cabina.

El grado de eficacia del intercambiador de calor RAM CON puede aumentarse igualmente ejecutando éste como circulador en cruz doble (figura 6 c) o como contra-circulador en cruz (figura 6 d). En la forma de ejecución conforme a la figura 6 c se cruza el aire a presión dos veces con la corriente del aire de acumulación, y en la forma de ejecución conforme a la figura 6 d se guía el aire a presión parcialmente en contracorriente hasta el aire de acumulación.

Fundamentalmente es ventajoso no separar por completo la alimentación de aire de acumulación y aire de cabina al intercambiador de calor RAM. Esto tiene la ventaja de que en la fase de vuelo en la que, al contrario que en el servicio en tierra o a altitudes e vuelo reducidas, no se necesita ninguna deshumectación porque la humedad ambiental es reducida, puede usarse toda la sección transversal en el lado del aire de acumulación para el intercambiador de calor RAM para el aire de acumulación. En este caso la parte del intercambiador de calor RAM que recibe aire de cabina en tierra o a altitudes de vuelo reducidas recibe aire de acumulación.

Como puede verse en la figura 6 a, b se inyecta en la corriente de aire de acumulación o aire ambiente y en la corriente de aire de cabina agua que procede del separador de agua WE. De este modo se usa la entalpía de vaporización del agua inyectada adicionalmente con fines de refrigeración. También puede estar previsto añadir agua además del agua que aparece en el separador de agua WE.

La figura 7 muestra un sistema de deshumectación con recalentador en diferentes formas de ejecución. En el caso de que una turbina postconectada al proceso de deshumectación expanda el aire a menos de 0ºC, se postconecta al proceso de deshumectación con preferencia un recalentador. Allí se vaporiza la porción de agua que queda después del separador de agua y, de este modo, se impide la congelación de la turbina. El recalentador puede recibir aire caliente de diferente modo y forma. Conforma a la figura 7 a el recalentador R está unido por el lado de entrada al lado de salida del compresor C, de tal modo que una parte del aire comprimido no se conduce hasta el intercambiador de calor RAM RAM, sino al recalentador R. Éste está unido por el lado de salida al lado de entrada del compresor C.

La figura 7 b muestra una forma de ejecución en la que al intercambiador de calor RAM RAM se ha preconectado un estrangulador. El lado de entrada del estrangulador está unido al lado de entrada del recalentador R. Su lado de salida está unido al lado de salida del estrangulador, de tal modo que la caída de presión a través del estrangulador se utiliza para conducir una corriente parcial a través del

\hbox{recalentador R.}

La figura 7 c muestra una forma de ejecución, en la que el recalentador R está unido, por el lado de entrada, al lado de entrada de un intercambiador de calor primario PHX. El lado de salida del recalentador R está unido al lado de entrada del compresor C postconectado al intercambiador de calor primario PHX.

La figura 7 d muestra una forma de ejecución, en la que al compresor C se ha preconectado un estrangulador. El recalentador R está unido por el lado de entrada al lado de entrada del estrangulador y, por el lado de salida, al lado de salida del estrangulador o al lado de entrada del compresor C.

En otra forma de ejecución conforme a la figura 7 e, el recalentador RE está unido al espacio de instalación de la instalación de aire acondicionado. El aire extraído de aquí tiene una temperatura de por ejemplo 80ºC. El aire se enfría en el recalentador RE y a continuación se conduce hasta el canal de aire de acumulación. Dentro del mismo se encuentra el ventilador accionador del motor M.

El aumento de eficiencia del procesamiento del sistema a causa de la eliminación del condensador CON hace posible una mayor generación de energía en la unidad de expansión (turbina), que puede usarse para una mayor compresión en el compresor unido a la turbina. El mayor nivel de presión de ello resultante a la salida del compresor y en el intercambiador de calor RAM mejoran la formación de agua condensada y reducen las pérdidas de presión de circulación.

El nivel de presión en el intercambiador de calor RAM CON puede aumentarse adicionalmente desacoplando un ventilador RAM unido a la turbina y al compresor y después, por ejemplo, accionándolo eléctricamente. Una forma de ejecución de este tipo se ha representado por ejemplo en la figura 7 e y en la figura 8. Por medio de esto el compresor dispone de toda la potencia de turbina, con lo que se obtiene un aumento ulterior de la potencia de compresión. La figura 8 muestra un sistema de deshumectación en el que en el canal de aire de acumulación están previstos dos ventiladores RAM accionados por motor. El compresor C y la turbina T están desacoplados de los ventiladores.

La figura 8 muestra además la derivación con válvula de derivación ATV. En el caso de mayores altitudes de vuelo no es necesaria una deshumectación del aire a causa de la reducida humedad del aire ambiente. Para estas condiciones puede aumentarse adicionalmente la eficiencia del procesamiento del sistema la derivación evita el separador de agua WE y el recalentador REH. La derivación está unida al lado de salida del intercambiador de calor RAM RAM CON y al lado de entrada de la turbina T. Mediante la apertura de la válvula de derivación ATV se evitan el separador de agua WE y un recalentador REH, con lo que se eliminan las pérdidas de presión de estos componentes, es decir, aumenta la permeabilidad y capacidad del sistema. Asimismo la figura 8 muestra la válvula de regulación de temperatura TCV, que puede abrirse según cada necesidad para regular la temperatura a la salida de la turbina. Está dispuesta en una derivación que se extiende desde el lado de entrada del compresor C al lado de salida de la turbina T.

La turbina 9 muestra una forma de ejecución en la que el sistema de deshumectación conforme a la invención se usa para dos máquinas de dos ruedas. El aire a presión circula, después de pasar por el intercambiador de calor primario PHX, a través de dos compresores C conectados en paralelo y allí se sigue comprimiendo. El aire circula a continuación parcialmente a través del recalentador REH y en gran parte en el intercambiador de calor RAM RAM CON, en el que se produce la condensación. En el separador de agua postconetado WE se separa el agua. Una porción de agua remanente se vaporiza en el recalentador REH. El aire a presión circula a continuación a través de las dos turbinas T conectadas en paralelo, que forman máquinas de dos ruedas con los respectivos compresores C. Asimismo se ha previsto un conducto de derivación con la válvula de regulación de temperatura TCV, por medio de la cual puede regularse la temperatura a la salida de la turbina.

Claims (24)

1. Instalación de aire acondicionado de avión que funciona con aire como medio de procesamiento, con condensador por el que circula aire de procesamiento, separador de agua etapa de expansión, estando el separador de agua preconectado a la etapa de expansión, y con un compresor para poner a disposición aire comprimido, recibiendo el compresor aire precomprimido o bien aire ambiente o aire de acumulación o aire de cabina y comprimiendo este aire, estando el compresor unido al condensador por el lado de salida y estando postconectado al condensador el separador de agua y estando el separador de agua unido por el lado de salida a la etapa de expansión, estando formado el condensador por un intercambiador de calor (intercambiador RAM) (RAMCON) refrigerado con aire ambiente o aire de acumulación y situado en el canal de aire de acumulación, al que se alimenta por el lado del aire a presión el aire comprimido a deshumectar comprimido en el compresor, no mostrando la instalación de aire acondicionado un condensador adicional y estando previsto un recalentador (REH, R, RE), que está preconectado a la etapa de expansión y que recibe aire caliente, para vaporizar agua residual en el aire alimentado a la etapa de expansión, estando unido el recalentador (REH, R) en su lado de aire caliente, por el lado de entada, a la entrada de aire a presión del intercambiador de calor RAM (RAM CON, RAM) y, por el lado de salida, a la entrada del compresor C preconectado al intercambiador de calor RAM (RAM CON, RAM) en el lado de aire a presión.

2. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 1, caracterizada porque al intercambiador de calor RAM (RAM CON) está preconectado por el lado de aire a presión un intercambiador de calor primario (PHX).

3. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 2, caracterizada porque el intercambiador de calor RAM (RAM CON) y el intercambiador de calor primario (PHX) están dispuestos en el canal de aire de acumulación, de tal modo que el intercambiador de calor primario (PHX) recibe aire de refrigeración con contenido de aire ambiente o aire de acumulación, en serie o paralelo al intercambiador de calor RAM (RAM CON).

4. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 2, caracterizada porque el intercambiador de calor RAM (RAM CON) y el intercambiador de calor primario (PHX) están dispuestos en el canal de aire de acumulación, de tal manera por zonas en serie y por zonas en paralelo, que el intercambiador de calor primario (PHX) recibe directamente aire de refrigeración con contenido de aire ambiente o aire de acumulación.

5. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 4, caracterizada porque el intercambiador de calor RAM (RAM CON) no presenta ninguna aleta de refrigeración en la región de salida por el lado del aire a presión, en el lado del aire de acumulación.

6. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el intercambiador de calor RAM (RAM CON) está ejecutado como circulador en cruz, circulador en cruz doble, contra-circulador en cruz y/o circulador en cruz paralelo doble.

7. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque se han previsto unos medios, por medio de los cuales el aire de cabina puede alimentarse como aire de refrigeración al intercambiador de calor RAM (RAM CON).

8. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 7, caracterizada porque la adición mezclando del aire de cabina se realiza, en el lado del aire de acumulación, en la región de salida por el lado del aire a presión del intercambiador de calor RAM (RAM CON).

9. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque está prevista una turbina de expansión para expander el aire de cabina y porque están previstos unos medios por medio de los cuales el aire de cabina expandido puede alimentarse como aire de refrigeración al intercambiador de calor RAM (RAM CON).

10. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 9, caracterizada porque el intercambiador de calor RAM (RAM CON) está divido en dos y porque la región de intercambiador de calor vuelta hacia el lado de salida por el lado del aire a presión recibe el aire de cabina expandido.

11. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el intercambiador de calor RAM (RAM CON) está dividido en dos y porque están previstos unos medios por medio de los cuales la región de intercambiador de calor vuelta hacia el lado de salida por el lado del aire a presión recibe aire u otro fluido, cuya temperatura está situada por debajo de la temperatura del aire ambiente o de la temperatura del aire de acumulación.

12. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque se han previsto unos medios, por medio de los cuales puede inyectarse agua en la corriente de aire de refrigeración del intercambiador de calor RAM (RAM CON), siendo el agua agua que aparece en el separador de agua (WE) y/o puesta a disposición adicionalmente.

13. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 12, caracterizada porque el agua se inyecta con preferencia, por el lado del aire de acumulación, en la región del intercambiador de calor RAM (RAM CON) vuelta hacia el lado de salida por el lado del aire a presión.

14. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 12 ó 13, caracterizada porque el agua se inyecta tanto en la corriente de aire de acumulación o aire ambiente como en la corriente de aire de cabina alimentada al intercambiador de calor RAM (RAM CON).

15. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque se ha previsto en el canal de aire de acumulación un ventilador, que está unido a la etapa de expansión y compresión.

16. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque se ha previsto en el canal de aire de acumulación un ventilador, que no está unido a la etapa de expansión y compresión y que está equipado con un accionamiento propio.

17. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 16, caracterizada porque el ventilador se acciona mediante un motor (M) y/o una turbina aparte.

18. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 16 ó 17, caracterizada porque el ventilador se acciona mediante un motor (M) y/o turbina aparte y está unido, por el lado de accionamiento, mediante un árbol a un compresor suplementario preconectado al intercambiador de calor RAM (RAM CON).

19. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque el separador de agua (WE) está integrado en la salida del intercambiador de calor RAM (RAM CON), por el lado del aire a presión, de tal modo que ambos componentes forman una unidad.

20. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque el separador de agua (WE) está postconectado al intercambiador de calor RAM (RAM CON) por el lado del aire a presión y forma una unidad constructiva aparte.

21. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizada porque se han postconectado al separador de agua (WE) dos o más etapas de expansión conectadas en paralelo o serie.

22. Instalación de aire acondicionado según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizada porque está prevista una derivación que puede cerrarse una válvula (ATV) y que evita el separador de agua (WE), la cual está unida a la entrada de la unidad de expansión.

23. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 22, caracterizada porque la derivación con válvula (ATV) evita el separador de agua (WE) y el recalentador (REH).

24. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 22 ó 23, caracterizada porque la derivación con válvula (ATV) une la salida del intercambiador de calor RAM (RAM CON), por el lado del aire a presión, a la entrada de la unidad de expansión.