Sistema para el tratamiento de aire en aeronaves que incluye un medio de conversión de ozono.

Sistema adecuado para la climatización de cabina y/o la inertización de tanques de combustible en aeronaves,

dichosistema dispone de un módulo de separación de aire y un medio de conversión de ozono a baja temperatura sinelementos prerrefrigeradores o unidades de intercambio térmico intermedios, donde dichos medios de conversión deozono contienen un catalizador de craqueo de ozono que incluye óxido de manganeso activo, con una carga superior a20 g/l de óxido de manganeso calculado en términos de Mn, dichos medios de conversión de ozono tienen unaeficiencia de conversión de ozono superior al 90 % a una temperatura inferior a 120 °C, y donde dicho módulo deseparación de aire incluye una membrana de fibra hueca selectivamente permeable que discrimina entre oxígeno ygases inertes.

Sistema para el tratamiento de aire en aeronaves que incluye un medio de conversión de ozono

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un medio de conversión de ozono y al uso del mismo en la gestión del aire en aeronaves, para la climatización de cabina y/o la inertización de los tanques de combustible. La invención también se refiere a una unidad de separación de gas que incluye un medio de conversión de ozono y una membrana de fibra hueca adecuados para la retirada selectiva de oxígeno de una merma de un tanque de combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las aeronaves comerciales alimentan con aire purgado de un motor de turbina de gas un sistema de control medioambiental (ECS) en el que el aire se trata para obtener aire de cabina de calidad para la comodidad de la tripulación y de los pasajeros. En este respecto, los convertidores de ozono se consideran necesarios para reducir la concentración de ozono en la cabina o el vuelo desde el relativamente alto contenido en ozono atmosférico a altitud de vuelo hasta una media ponderada en el tiempo de 0, 1 ppm, el límite superior permitido por los reglamentos de la FAA.

Los convertidores de ozono convencionales suelen trabajar a alta temperatura para descomponer las concentraciones de ozono a niveles aceptables. La US 5 620 672 describe particularmente bien un catalizador de ozono estratificado. En general, la conversión de ozono sólo se consigue a temperaturas altas y tiempos de residencia largos.

Por esta razón, estos convertidores de ozono catalíticos siempre están localizados cerca de los puertos de purga, haciendo uso de la alta temperatura del aire purgado, normalmente superior a 200 °C. Después de la descomposición del ozono, el aire tratado se enfriará para climatizar la cabina de pasajeros.

Además, el mismo aire purgado del motor o aire presurizado se usa hoy en día en sistemas de inertización del depósito de combustible, frecuentemente llamado Onboard Inert Gas Generating System (OBIGGS, sistema generador de gas inerte a bordo) . Estos sistemas de inertización del depósito de combustible son la respuesta a una reciente cantidad de accidentes ocurridos como resultado de fuentes de ignición desconocidas dentro del depósito de combustible de la aeronave, a pesar de todos los intentos precedentes para prevenir las explosiones del depósito de combustible mediante la exclusión de fuentes de ignición posibles dentro de los tanques de combustible. Con la tecnología de membrana de fibra hueca se ha demostrado que es posible crear una atmósfera pobre en oxígeno en la merma del depósito de combustible, eliminando así otro factor importante del triángulo del fuego. La US-A-2005/173017 divulga un sistema de inertización para una aeronave que incluye una fuente de aire que incorpora un módulo de separación de aire. El aire purgado del motor o aire presurizado de otra fuente se suministra al módulo de separación de aire.

La mayoría de las membranas de separación de gas convencionales tienen un rendimiento óptimo a temperaturas bastante inferiores a la temperatura del aire purgado, y tienen un tiempo de vida limitado debido a la intolerancia de las membranas a las altas actividades de ozono que se dan a gran altitud. Por lo tanto, al igual que el ECS, el OBIGGS también exige la reducción de ozono y aplica los mismos convertidores de ozono a alta temperatura. La US-A-2005/173017 intenta ampliar la vida y la fiabilidad de los módulos de separación de aire situando estos módulos después de los medios de conversión de ozono y prerrefrigeradores o intercambiadores térmicos ya implementados en la aeronave para las cuestiones precedentes relacionadas con el ECS. De forma desfavorable, a concentraciones de ozono de 0, 1 ppm el tiempo de vida de un módulo de separación de aire sigue estando muy lejos de la media de 30 000 horas de vuelo por las que lucha la industria.

No obstante, hoy es desfavorablemente necesario un mantenimiento periódico para los típicos convertidores de ozono a alta temperatura, debido a la acumulación de contaminantes, es decir, lubricantes y compuestos orgánicos volátiles (VOC) procedentes de la corriente de aire purgado en las superficies del catalizador. Los filtros existentes no pueden proteger los convertidores de ozono, ya que estos no toleran la alta temperatura, y de este modo están localizados aguas abajo del intercambiador térmico y por lo tanto aguas abajo del convertidor de ozono también.

Además, actualmente se están llevando a cabo investigaciones dirigidas a reducción la cantidad de aire purgado del motor usado para varios fines en la aeronave, posiblemente cambiando hacia una aeronave más eléctrica. El ECS y el OBIGGS tendrían entonces que ser alimentados por otras fuentes de aire, por ejemplo aire de baja temperatura del exterior de la aeronave. Los intercambiadores térmicos seguirían siendo necesarios para climatizar el aire de la cabina de pasajeros y del módulo de separación de aire, pero ahora para calentar el aire. De forma desfavorable, con la tecnología de conversión de ozono a alta temperatura, tal fase de preclimatización requeriría primero un tratamiento térmico para alcanzar la alta temperatura requerida para conseguir una eficiencia de descomposición de ozono satisfactoria y de nuevo un paso de enfriamiento posterior.

La WO-A-2006/015858 divulga el paso del aire del proceso de enfriado, preferiblemente aire purgado, por encima de un módulo de separación de aire. Aquí se reconoce que el OBIGGS requiere aire de proceso libre de ozono, para evitar los daños en el módulo de separación de aire. Para ello, la WO-A-2006/015858 sugiere filtrar de ozono el aire de proceso antes o después del enfriamiento. No obstante, a la publicación le faltan detalles de la catálisis de ozono, menos aún enseña al experto en la materia cómo conseguir suficiente conversión de ozono a temperaturas bajas.

Para el ECS, la WO-A-2005/097303 abordó, al menos parcialmente, el problema de la conversión de ozono a alta temperatura e intentó resolverlo. Para ello, usa un sistema de eliminación de ozono que comprende una primera composición de catalizador que incluye Ag o AgO, que trabaja en un intervalo de temperatura de 100 - 300 °F (38 - 149 °C) , y una segunda composición de catalizador a base de paladio localizada aguas abajo, con un intervalo de temperatura de trabajo de 300 - 500 °F (149 - 260 °C) . Reivindica que el catalizador combinado tiene una eficacia que hace posible reducir los niveles de ozono tanto del aire purgado del motor como del aire derivado de un compresor dedicado de aire ambiental de 20 pliegues a 0, 1 ppm o menos, como actualmente exige la FAA. La WO-A-2005/097303 enseña a evitar metales de transición tales como Mn, basa su catalizador en un soporte de 10 - 100 Im de espesor, y en una cantidad de 1000 - 5000 g/ft3 de sustrato.

Centrándose en el catalizador de ozono a baja temperatura de la WO-A-2005/097303, los inventores descubrieron que la conversión de ozono se queda atrás a índices de flujo más altos. Para compensar esto, son necesarias cantidades consumidoras de espacio del catalizador. Ante todo, la durabilidad del catalizador de ozono también fue limitada, como se demuestra en los ejemplos anexos.

Por otra parte, en un futuro próximo es muy posible que el límite superior establecido por la FAA baje, ya que los niveles de ozono de 0, 1 ppm todavía se consideran perjudiciales para la salud de los seres humanos a intervalos de exposición más largos. Es discutible si los niveles de ozono inferiores se pueden alcanzar con la composición de catalizador de la WO-A- 2005/097303, basada en soportes convencionales. De nuevo requeriría cantidades grandes de catalizador para compensar.

Por lo tanto, existe una necesidad de convertidores de ozono a baja temperatura que se pueden aplicar como alternativa a los convertidores de ozono existentes a alta temperatura de la industria aeronáutica, y que puedan estar mejor protegidos contra cualquier contaminación, y que tengan una alta eficiencia de conversión de ozono, requiriendo sólo cantidades mínimas. También hay una necesidad de un medio de conversión de ozono que permita a un experto en la materia optar por otras fuentes de aire para la climatización de la cabina o la inertización del depósito de combustible, en particular fuentes de aire de baja temperatura, manteniendo la necesidad de intercambio térmico al mínimo. Además, existe una necesidad de convertidores de ozono con una alta eficiencia de conversión de ozono, que puedan ampliar el tiempo de vida de un módulo de separación de aire adecuado en el OBIGGS a más de 30 000 horas de vuelo como media. También existe una necesidad continua en la industria aeronáutica de minimizar... [Seguir leyendo]

1. Sistema adecuado para la climatización de cabina y/o la inertización de tanques de combustible en aeronaves, dicho sistema dispone de un módulo de separación de aire y un medio de conversión de ozono a baja temperatura sin 5 elementos prerrefrigeradores o unidades de intercambio térmico intermedios, donde dichos medios de conversión de ozono contienen un catalizador de craqueo de ozono que incluye óxido de manganeso activo, con una carga superior a 20 g/l de óxido de manganeso calculado en términos de Mn, dichos medios de conversión de ozono tienen una eficiencia de conversión de ozono superior al 90 % a una temperatura inferior a 120 °C, y donde dicho módulo de separación de aire incluye una membrana de fibra hueca selectivamente permeable que discrimina entre oxígeno y

gases inertes.

2. Sistema según la reivindicación 1, donde el oxígeno pasa a través de la membrana y se recaptura por el otro lado de la membrana, creando así una corriente de aire enriquecida con oxígeno en el lado permeado de la membrana.

3. Sistema según la reivindicación 1 o 2, proporcionado en un conjunto único e integrado.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho óxido de manganeso activo incluye óxido de manganeso amorfo.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha composición de catalizador de ozono se soporta en una estructura en panal que incluye un agregado de fibras tipo placa.

6. Sistema según la reivindicación 5, donde dicha estructura en panal incluye un agregado de fibra de tal manera que se obtengan más de 0, 02 cm3/g de microporos de un diámetro d.

10. 200 nm, donde dicho agregado de fibra está 25 compuesto por paredes con poros vacantes de más de 500 nm de diámetro y en una cantidad superior a 0, 1 cm3/g.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha membrana de fibra hueca está hecha de poli (óxido de 2, 6-dimetil-p-fenileno) con un peso molecular d.

10. 106, y donde la capa superior de dicha membrana tiene un espesor inferior a 100 nm.

8. Uso del sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes para la gestión del aire en una aeronave.

9. Uso según la reivindicación 8 para la climatización de la cabina.

10. Uso según la reivindicación 8 para la inertización de tanques de combustible.

11. Sistema de control medioambiental (ECS) para la gestión del aire de la cabina de una aeronave o sistema de generación de gas inerte a bordo (OBIGGS) para la inertización de tanques de combustible que incluye el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7.