ES2901163T3 - Panel de suelo calentable y sistema de calefacción de suelo para una aeronave - Google Patents

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Abstract

Panel de suelo calentable (10) para una aeronave (12), con: un plano de apoyo (14), un plano generador de calor (16) y un plano termoconductor (18), comprendiendo el plano generador de calor (16) una capa compuesta de fibras (20) con fibras y con una matriz que rodea las fibras, configurándose las fibras, al menos parcialmente, como fibras conductoras (22) y configurándose las fibras conductoras (22) como fibras de carbono (24), caracterizado por que las fibras conductoras (22) presentan un recubrimiento eléctricamente aislante (26) y por que el recubrimiento eléctricamente aislante (26) se configura como un recubrimiento electrolítico de polímero.

Description

DESCRIPCIÓN
Panel de suelo calentable y sistema de calefacción de suelo para una aeronave
Ámbito de la invención
La invención se refiere a un panel de suelo calentable para una aeronave, así como a un sistema de calefacción de suelo para el suelo de cabina de una cabina de aeronave.
Antecedentes de la invención
En las aeronaves utilizadas para el comercio, una distribución adecuada de la temperatura en la cabina del avión es importante para la comodidad de los pasajeros, de los pilotos y del personal de vuelo. Sin embargo, debido al contacto comparativamente directo entre el suelo y la estructura de una aeronave, puede producirse en principio una pérdida de calor no deseada desde el espacio de cabina hacia el revestimiento exterior.
En caso de temperaturas ambientales bajas, como las que predominan a la altitud de vuelo habitual de los aviones comerciales o también en tierra cuando hace frío, esta pérdida de calor tiene como consecuencia que el suelo de la aeronave se puede enfriar. Especialmente puede producirse un mayor enfriamiento en las zonas próximas a las puertas de la aeronave, dado que normalmente las puertas de la aeronave se abren en tierra.
Para evitar un enfriamiento no deseado, se conoce la posibilidad de calentar el suelo mediante esteras eléctricas. Éstas también se pueden prever en la zona de las puertas de la aeronave.
El documento WO2012/159608 A2 se refiere a una estructura compuesta para un componente de aeronave para la formación de un elemento estructural de una aeronave con un dispositivo de protección contra el hielo integrado en la estructura compuesta para evitar la formación de hielo y/o para la descongelación, presentando el dispositivo de protección contra el hielo un elemento calefactor eléctrico superficial insertado en la estructura compuesta por debajo de una capa exterior de una superficie exterior del componente de aeronave.
El documento WO 95/15670 A1 se refiere además a un cuerpo calefactor compuesto eléctricamente conductor que puede transferir a una superficie el calor generado por una corriente eléctrica aportada al cuerpo calefactor y que comprende: una cinta generalmente coplanar y fundamentalmente porosa de fibras de sustrato revestidas de metal eléctricamente conductoras con dispositivos de conexión eléctricos para la conexión de la corriente eléctrica a la cinta; y varias capas que absorben las fuerzas en combinación con la cinta eléctricamente conductora, disponiéndose una primera capa absorbente de fuerzas de manera que resulte un contacto con la superficie.
El documento US 2015 0344138 A1 se refiere además a un sistema de conductores integrado que permite su uso en la navegación aérea y en otros vehículos. De acuerdo con esta revelación, un sistema compuesto multifuncional comprende un núcleo, varias capas de fibra compuesta estructurales, un material de matriz, un conjunto conductor compuesto, presentando el conjunto conductor compuesto uno o varios conductores dispuestos entre dos o más capas aislantes, una fuente de corriente eléctrica acoplada electrónicamente al conjunto conductor compuesto, configurándose la fuente de corriente eléctrica de manera que conduzca la corriente eléctrica a través de al menos uno o varios conductores.
Finalmente, el documento EP3419381 A2 se refiere a un sistema electromecánico de protección contra el hielo con elementos calefactores termoplásticos cargados con aditivos de carbono. El sistema de protección contra el hielo comprende: placas de plástico flexibles y térmicamente estables cargadas con aditivos de carbono como, por ejemplo, nanotubos de carbono (CNT), grafeno, nanofibras de carbono, polvo de grafito u otros alótropos del carbono. Estas placas se pueden adaptar a las superficies deseadas y evitan la migración de la sedimentación de carbono.
El objeto de la presente invención consiste en proporcionar una solución mejorada para el calentamiento del suelo de una aeronave, especialmente en la zona de las puertas de la aeronave.
Descripción de la invención
La tarea de la invención se resuelve mediante un panel de suelo calentable para una aeronave, según la reivindicación 1. Una idea en la que se basa la presente invención consiste en utilizar fibras de carbono recubiertas como conductores eléctricos para un panel de suelo calentable o para un sistema de calefacción de suelo. Según la invención, las fibras conductoras se integran en el panel de suelo, pudiéndose aplicar a las fibras una fuente de corriente por los extremos, a fin de conducir una corriente de calentamiento a través de las mismas. Gracias al recubrimiento eléctricamente aislante de las fibras conductoras, se pueden evitar completamente las corrientes de fuga o efectos similares, dado que las fibras aisladas pueden entrar sin más en contacto sin provocar una corriente de fuga. Los recubrimientos de fibras de carbono de este tipo también pueden fabricarse con una resistencia a la temperatura muy alta de hasta más de 700 grados Celsius en una producción en masa de forma relativamente económica y en poco tiempo. Otra ventaja de la invención resulta del hecho de que las fibras de carbono de las fibras conductoras pueden servir directamente como fibras de refuerzo de la capa compuesta de fibras y, en cierto modo, formar un componente natural de la capa compuesta de fibras sin que se produzcan discontinuidades o reacciones electroquímicas. Además, el recubrimiento eléctricamente aislante puede seleccionarse de manera que no se produzca ninguna merma del comportamiento de unión, es decir, de manera que las fibras conductoras presenten un comportamiento de unión similar al de las fibras de carbono no recubiertas.
En la fabricación de compuestos de fibras, las fibras conductoras pueden, en principio, procesarse y tratarse del mismo modo que las fibras de carbono sin recubrimiento utilizadas habitualmente. Además, las fibras conductoras pueden incluso actuar directamente como fibras de refuerzo del componente compuesto de fibras.
No todas las fibras del panel de suelo según la invención tienen que configurarse como fibras conductoras, es decir, como fibras de carbono con un recubrimiento eléctricamente aislante. En la capa compuesta de fibras también se puede configurar sólo una determinada parte de las fibras como fibras conductoras y configurar la otra parte de las fibras de forma convencional, es decir, por ejemplo, como fibras por las que no pasa la corriente (es decir, sin recubrimiento aislante y/o en forma de fibras de vidrio no conductoras de la electricidad). Por regla general, las fibras conductoras según la invención son fibras macizas o sólidas (es decir, con una sección transversal conductora continua). Sin embargo, en principio también es posible imaginar fibras conductoras según la invención que presenten un espacio hueco a lo largo de su dirección longitudinal de fibra (fibras huecas).
El plano de apoyo del panel de suelo según la invención puede comprender, por ejemplo, una capa con una estructura de panal de abejas. Las estructuras de panal de abejas de este tipo proporcionan al panel de suelo de la aeronave fundamentalmente su resistencia estructural. Se entiende que adicionalmente a una estructura de panal de abejas como ésta también pueden preverse otras estructuras compuestas de fibras, como una o varias capas compuestas de fibras adicionales (por ejemplo, productos preimpregnados, etc.) en uno o ambos lados de la estructura de panal de abejas, a fin de proporcionar al plano de apoyo una resistencia adicional.
A través del plano termoconductor, el calor generado en el plano generador de calor se distribuye uniformemente. El plano termoconductor se dispone en el panel de suelo normalmente por el lado de la cabina (o por arriba) y, por consiguiente, también tiene la función de contrarrestar los efectos resultantes del tráfico terrestre. Por regla general, el plano termoconductor se dispone encima del (por encima del) plano generador de calor y el plano generador de calor se dispone por encima del plano de apoyo.
El panel de suelo según la invención puede fabricarse, por ejemplo, mediante un procedimiento con los siguientes pasos: disposición superpuesta del plano de apoyo, del plano generador de calor y del plano conductor de calor, y endurecimiento conjunto de los planos de manera que se forme un panel de suelo compuesto. Según la invención, las fibras de carbono de las fibras conductoras actúan no sólo como elementos calefactores, sino al mismo tiempo también como elementos de refuerzo de la capa compuesta de fibras.
En una forma de realización preferida, las fibras conductoras forman uno o varios circuitos eléctricos cerrados. Así es posible conducir una corriente de filamento a través de las fibras conductoras de un modo ventajoso y según la invención. Gracias al recubrimiento eléctricamente aislante se evitan las corrientes de fuga. Las fibras aisladas pueden entrar sin más en contacto sin provocar un cortocircuito.
También resulta preferible una forma de realización en la que la forma del conjunto de fibras conductoras en la capa compuesta de fibras se selecciona del grupo: fibras individuales, haces de fibras, cintas de fibras, cañamazos de fibras, esteras de fibras, telas de fibras y telas no tejidas. Las fibras conductoras según la invención se pueden disponer o integrar en diferentes variantes. La función de calentamiento según la invención de las fibras conductoras es, en principio y ventajosamente, constante independientemente de la forma del conjunto de fibras conductoras.
Preferiblemente, el recubrimiento eléctricamente aislante presenta un grosor del orden de 0,1 micrómetros a 1 micrómetro. Especialmente, el recubrimiento eléctricamente aislante puede presentar un grosor de 0,5 micrómetros. El recubrimiento eléctricamente aislante rodea completamente las fibras de carbono de las fibras conductoras. Con otras palabras: el recubrimiento eléctricamente aislante se aplica a las fibras de carbono. Por ejemplo, las fibras de carbono pueden presentar un diámetro de entre 6 y 7 micrómetros, por lo que resulta un diámetro de las fibras conductoras de aproximadamente 7 a 8 micrómetros.
En una forma de realización también preferida, las fibras conductoras se integran en la capa compuesta de fibras de manera que las fibras conductoras sobresalgan de la capa compuesta de fibras al menos por los extremos. Dado que las fibras conductoras sobresalen de la capa compuesta de fibras por los extremos, es decir, por sus respectivos extremos, es posible conectar fácilmente una fuente de corriente a los extremos.
El recubrimiento eléctricamente aislante se configura como un recubrimiento electrolítico de polímero. Especialmente, el recubrimiento puede configurarse como un recubrimiento electrolítico de polímero sólido (en inglés: "solid polymer electrolyte"). Por ejemplo, el recubrimiento electrolítico de polímero puede contener un monometacrilato de metoxi polietilenglicol (en inglés: "methoxy polyethyleneglycol monomethacrylate"). Los recubrimientos electrolíticos de polímero de este tipo pueden presentar una resistencia a la temperatura de al menos 700 grados Celsius y proporcionar al mismo tiempo unas excelentes propiedades de unión para su integración en componentes reforzados con fibras, por ejemplo, en un termoplástico reforzado con fibras de carbono.
También resulta preferible una forma de realización del panel de suelo calentable en la que el plano termoconductor está formado, al menos parcialmente, por titanio o una aleación de titanio. Ventajosamente, los planos termoconductores de este tipo o las capas que forman parte de los planos termoconductores de este tipo, presentan al mismo tiempo una conductividad térmica y resistencia altas, a fin de contrarrestar el tráfico terrestre en una cabina de aeronave. No se excluyen otros metales. Los planos termoconductores de titanio o de una aleación de titanio pueden pegarse al plano generador de calor, especialmente a la capa compuesta de fibras, por ejemplo, mediante un adhesivo.
La tarea de la invención se resuelve además con un sistema de calefacción de suelo para el suelo de la cabina de una cabina de aeronave, con un panel de suelo según la invención y con una fuente de corriente para la puesta a disposición de una potencia calorífica eléctrica, conectándose la fuente de corriente eléctricamente al panel de suelo, especialmente al o a los circuitos eléctricos cerrados. El sistema de calefacción de suelo según la invención aprovecha fundamentalmente las mismas ventajas que el panel de suelo calentable según la invención.
En una forma de realización preferida del sistema de calefacción de suelo, el sistema de calefacción de suelo presenta además una unidad de control que comprende sensores de temperatura, por medio de la cual se puede controlar la potencia calorífica de la fuente de corriente. De este modo, la corriente conducida a través de las fibras conductoras puede ajustarse permanentemente en caso de que en la cabina de la aeronave se produjera una desviación local o global de una temperatura teórica preestablecida o deseada.
Finalmente resulta preferible otra forma de realización del sistema de calefacción de suelo en la que el panel de suelo se dispone en la zona del suelo de una puerta de aeronave. De este modo, las zonas de las puertas de aeronave especialmente afectadas por el enfriamiento local pueden calentarse de forma específica, mejorándose así la comodidad de los pasajeros y del personal de vuelo.
Los aspectos antes descritos y otros aspectos, características y ventajas de la invención también pueden verse en los ejemplos de la forma de realización que se describe a continuación con referencia a los dibujos adjuntos.
Descripción de los dibujos
En las figuras se utilizan las mismas referencias para elementos, componentes o aspectos idénticos o al menos similares. Cabe indicar que a continuación se describe detalladamente una forma de realización que sólo es ilustrativa y no limitativa. En las reivindicaciones, la palabra "que presenta" no excluye otros elementos y el artículo indeterminado "un" no excluye una pluralidad. El mero hecho de que determinadas características se citen en distintas reivindicaciones dependientes no limita el objeto de la invención. También pueden utilizarse ventajosamente combinaciones de estas características. Las referencias en las reivindicaciones no pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones. Las figuras no deben entenderse a escala, sino que son meramente esquemáticas e ilustrativas. Se muestra en la
Figura 1 una sección transversal a través de un panel de suelo calentable según la invención,
Figura 2 una vista en perspectiva de una fibra conductora según la invención,
Figura 3 una vista en planta de un sistema de calefacción de suelo según la invención con un panel de suelo,
Figura 4 un corte longitudinal a través de una sección de un fuselaje de aeronave en la zona de una puerta de aeronave,
Figura 5 un corte longitudinal a través de una sección de un fuselaje de aeronave en la zona de la cabina de aeronave, y
Figura 6 una aeronave con un panel de suelo o con un sistema de calefacción de suelo según la invención.
La figura 1 muestra un panel de suelo calentable 10 para una aeronave 12. El panel de suelo 10 presenta un plano de apoyo 14, un plano generador de calor 16 y un plano termoconductor 18.
En este caso, el plano generador de calor 16 comprende al menos una capa compuesta de fibras 20 que presenta a su vez fibras y una matriz que rodea las fibras (no representada en detalle). Además de la al menos una capa compuesta de fibras 20, la capa generadora de calor 16 también puede presentar otras capas compuestas de fibras 21, 21', 21", 21'". Estas capas compuestas de fibras adicionales 21, 21', 21", 21''' pueden ser, por ejemplo, plásticos convencionales reforzados con fibras de vidrio o reforzados con fibras de carbono (GFK o CFK).
Por el contrario, en el caso de la al menos una capa compuesta de fibras 20, las fibras se configuran, al menos parcialmente, como fibras conductoras 22 (compárese figura 2). Con esta finalidad, las fibras conductoras 22 se configuran como fibras de carbono 24 con un recubrimiento eléctricamente aislante 26. Las fibras conductoras 22 pueden utilizarse como conductores eléctricos y, por consiguiente, como elementos calefactores eléctricos para el calentamiento del panel de suelo 10. En este caso, las fibras conductoras 22 se integran en el panel de suelo 10, pudiéndose aplicar una fuente de corriente 46 (compárese figura 3) a las fibras conductoras 22 para conducir una corriente de filamento a través de las mismas. Gracias al recubrimiento eléctricamente aislante 26 de las fibras conductoras 22 se evitan las corrientes de fuga. Las fibras conductoras 22 pueden entrar en contacto entre sí y, en este caso, servir no sólo como conductores de corriente, sino al mismo tiempo también como fibras de refuerzo de la capa compuesta de fibras 20.
El plano termoconductor 16 está formado, al menos parcialmente, por titanio y se aplica al plano generador de calor 16 por medio de una capa adhesiva 19. Los planos termoconductores 16 de titanio muestran una conducción de calor o una distribución de calor ventajosamente eficaces y espacialmente homogéneas.
El plano de apoyo 14 comprende una estructura de panal de abejas 13 y capas compuestas de fibras 21,21', 21", 21"' de varias capas dispuestas en el lado inferior 15 de la estructura de panal de abejas 13. Finalmente, el plano de apoyo 14 presenta un aislamiento térmico 23 en una zona inferior 17. El aislamiento térmico 23 puede estar formado, por ejemplo, por un material de espuma con una baja conductividad térmica. Mediante el aislamiento térmico 23, el panel de suelo 10 está desacoplado térmicamente casi por completo de una estructura que soporta el suelo.
El recubrimiento eléctricamente aislante 26 representado en la figura 2 puede presentar un grosor del orden de 0,1 micrómetros a 1 micrómetro. Las fibras de carbono 24 pueden presentar, por ejemplo, un diámetro de entre 6 y 7 micrómetros, de manera que resulte un diámetro de las fibras conductoras 22 de aproximadamente 7 a 8 micrómetros. El recubrimiento eléctricamente aislante 26 se configura como un recubrimiento electrolítico de polímero. Los recubrimientos electrolíticos de polímero de este tipo pueden presentar una resistencia a la temperatura de al menos 700 grados Celsius y al mismo tiempo proporcionar excelentes propiedades de unión para su integración en componentes reforzados con fibras.
La figura 3 muestra un sistema de calefacción de suelo 40 para el suelo de cabina 42 de una cabina de aeronave 44 (compárense figuras 4 y 5). El sistema de calefacción de suelo 40 comprende un panel de suelo 10 y una fuente de corriente 46 para poner a disposición una potencia calorífica eléctrica. La fuente de energía 46 está conectada de forma eléctricamente conductora al panel de suelo 10. El sistema de calefacción de suelo 40 presenta además una unidad de control 50 con sensores de temperatura 48, mediante la cual se puede controlar la potencia calorífica de la fuente de corriente 46. Por medio de la unidad de control 50, la corriente conducida eléctricamente en las fibras conductoras 22 puede ajustarse continuamente siempre que se produzca una desviación de una temperatura teórica deseada y se desee compensar la desviación.
Las fibras conductoras 22 están integradas en la capa compuesta de fibras 20 de manera que las fibras conductoras 22 sobresalgan por los extremos de la capa compuesta de fibras 20 y se puedan conectar eléctricamente. Las fibras conductoras 22 forman un circuito eléctrico cerrado 30, estando la fuente de corriente 46 conectada de forma eléctricamente conductora al circuito eléctrico cerrado 30.
En la figura 3, las fibras conductoras 22 que forman el circuito eléctrico cerrado 30 se han seleccionado y representado sólo a modo de ejemplo en forma de una fibra individual continua a modo de meandro en la capa compuesta de fibras 20. Alternativamente, la forma del conjunto de fibras conductoras 22 en la capa compuesta de fibras 20 puede seleccionarse del grupo: haces de fibras, cintas de fibras, cañamazos de fibras, esteras de fibras, telas de fibras o telas no tejidas. En este caso también es posible, en principio, realizar una pluralidad de circuitos eléctricos cerrados 30 para el calentamiento del panel de suelo 10.
En la figura 4, el panel de suelo 10 está dispuesto en la zona de suelo 52 de una puerta de aeronave 54 y, por lo tanto, puede calentar ventajosamente las zonas de la cabina de aeronave 44, por lo general, especialmente afectadas por el enfriamiento.
La figura 5 muestra un dispositivo adicional o alternativo del panel de suelo 10 en la zona de suelo 52 de un espacio de cabina de aeronave, mediante el cual se puede controlar indirectamente la temperatura en la cabina de aeronave 44.
Por último, la figura 6 representa una aeronave 12 en la que está integrado un panel de suelo 10 o un sistema de calefacción de suelo 40.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Panel de suelo calentable (10) para una aeronave (12), con:
un plano de apoyo (14),
un plano generador de calor (16) y
un plano termoconductor (18),
comprendiendo el plano generador de calor (16) una capa compuesta de fibras (20) con fibras y con una matriz que rodea las fibras, configurándose las fibras, al menos parcialmente, como fibras conductoras (22) y configurándose las fibras conductoras (22) como fibras de carbono (24), caracterizado por que
las fibras conductoras (22) presentan un recubrimiento eléctricamente aislante (26) y por que el recubrimiento eléctricamente aislante (26) se configura como un recubrimiento electrolítico de polímero.
2. Panel de suelo según la reivindicación 1, caracterizado por que las fibras conductoras (22) forman uno o varios circuitos eléctricos cerrados (30).
3. Panel de suelo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la forma del conjunto de fibras conductoras (22) en la capa compuesta de fibras (20) se selecciona del grupo: fibras individuales, haces de fibras, cintas de fibras, cañamazos de fibras, esteras de fibras, telas de fibras y telas no tejidas.
4. Panel de suelo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el recubrimiento eléctricamente aislante (26) presenta un grosor del orden de 0,1 micrómetros a 1 micrómetro.
5. Panel de suelo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las fibras conductoras (22) se integran en la capa compuesta de fibras (20) de manera que las fibras conductoras (22) sobresalgan de la capa compuesta de fibras (20) al menos por los extremos.
6. Panel de suelo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el plano termoconductor (16) está formado, al menos parcialmente, por titanio o una aleación de titanio.
7. Sistema de calefacción de suelo (40) para el suelo de cabina (42) de una cabina de aeronave (44) con a. un panel de suelo (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
b. una fuente de corriente (46) para poner a disposición una potencia calorífica eléctrica, estando la fuente de corriente (46) conectada eléctricamente al panel de suelo (10), especialmente al o a los circuitos eléctricos cerrados (30).
8. Sistema de calefacción de suelo según la reivindicación 7, caracterizado por que el mismo presenta además una unidad de control (50) que comprende sensores de temperatura (48), mediante la cual se puede controlar la potencia calorífica de la fuente de corriente (46).
9. Sistema de calefacción de suelo según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que el panel de suelo (10) se dispone en la zona de suelo (52) de una puerta de aeronave (54).
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