ES2212890A1 - Mejoras en sistemas de climatizacion para vehiculos y similares. - Google Patents

Abstract

Mejoras en sistemas de climatización para vehículos y similares, comprendiendo un módulo (1) calefactor provisto con tubos (2) por los que pasa el fluido de refrigeración del motor del vehículo, disponiéndose en el interior de algunos de dichos tubos (2) del módulo calefactor (1) resistencias eléctricas blindadas constituidas por un hilo resistivo compuesto de níquel y hierro, cuya resistividad aumenta en función de la temperatura con una disminución proporcional de la potencia, dando lugar a una autorregulación de dichas resistencias que evita el sobrecalentamiento.

Description

Mejoras en sistemas de climatización para vehículos y similares.

La presente invención está relacionada con los sistemas de climatización en particular de vehículos, preferentemente terrestres y dentro de éstos para automóviles, proponiendo unas mejoras que afectan a un medio de calentamiento adicional de apoyo en el sistema de calefacción.

Tradicionalmente el calentamiento ambiental del habitáculo de los automóviles se realiza aprovechando el propio calor del motor del vehículo, de manera que el fluido de refrigeración del motor se hace pasar por un conjunto de tubos con aletas intercambiadoras que van dispuestos en un módulo, impulsando a través de dicho módulo una corriente forzada de aire, de forma que el aire impulsado se calienta en el contacto con las aletas de los tubos y lleva el calor al habitáculo a calentar.

Este sistema tiene el inconveniente de que, en tanto que el motor del vehículo no se calienta a la temperatura de régimen (unos 80°C) no se dan las condiciones precisas para que la calefacción cumpla su efecto; lo cual supone que en el arranque inicial tenga que transcurrir un tiempo hasta que el efecto calefactor comience. Debido a que los motores de los vehículos son cada vez más sofisticados, resultando menor su calentamiento, el problema del sistema calefactor es, por esta circunstancia, aún mayor.

Para paliar ese inconveniente se conocen ya soluciones basadas en la incorporación de un elemento calefactor eléctrico en el circuito de proyección del aire de calefacción, de manera que el aire impulsado para la calefacción se calienta al pasar por dicho elemento, aunque el módulo de tubos del sistema calefactor, por donde discurre el fluido del circuito de refrigeración del vehículo, no se encuentre aún caliente, con lo que el efecto calefactor resulta efectivo desde el primer momento, incluso cuando el motor del vehículo todavía no se ha calentado.

En ese sentido se utilizan elementos calefactores formados por un bastidor cruzado por hilos resistivos al descubierto, los cuales, por seguridad deben ir bien sujetos en el bastidor, para evitar su contacto con otros elementos. Esta realización tiene el inconveniente de que si falla la impulsión del aire del sistema calefactor, los hilos resistivos adquieren una temperatura muy elevada, deteriorando los elementos de plástico que estén próximos en la instalación y dando origen a un alto riesgo de incendio. Para evitar esto se pueden colocar elementos termofusibles de seguridad, pero dichos elementos tienen el inconveniente de ser irreversibles y al actuar obligan a llevar el vehículo al garaje para su reparación.

Otra solución conocida consiste en la utilización de resistencias cerámicas (PTC) como medio calefactor eléctrico complementario en el sistema de la calefacción, las cuales resistencias tienen la ventaja de que son autorregulantes, ya que al aumentar su temperatura aumenta proporcionalmente su resistividad (R), con lo cual baja la potencia (W) en función de la fórmula W=V^{2}/R, ya que la tensión (V) es constante, de manera que por el propio comportamiento de estas resistencias, la temperatura en ellas no puede alcanzar valores peligrosos. Esta solución tiene sin embargo el inconveniente de que las resistencias cerámicas (PTC) son de un coste elevado y que, en su comportamiento inicial, se producen picos no deseables.

Además tanto esta solución de resistencias cerámicas (PTC) como la anterior, requieren de un bastidor adicional, lo que, supone una ocupación de espacio en la instalación, que resulta problemática en los diseños actuales de los vehículos, en los que, cada vez hay menos espacio disponible.

Podrían emplearse soluciones utilizando resistencias eléctricas de hilo resistivo tipo resistencias blindadas, las cuales tienen la ventaja de no ocupar un espacio adicional, ya que incluso se pueden disponer en el interior de algunos de los tubos por donde circula el agua del circuito de refrigeración del vehículo, pero tienen el inconveniente de que requieren de un termofusible de seguridad de forma que, si por circunstancias anormales la temperatura de la resistencia se eleva demasiado, el termofusible actúa y corta la conducción eléctrica interrumpiendo el funcionamiento de la resistencia antes de que se pueda causar deterioro a otros elementos adyacentes o alcanzar una temperatura de riesgo. Esta solución tiene el inconveniente de la irreversibilidad, de manera que cuando el termofusible se funde es necesario cambiar la resistencia correspondiente, lo que requiere una operación de taller y la consiguiente inmovilización del vehículo.

De acuerdo con la presente invención se proponen unas mejoras en relación con los sistemas mencionados, con las cuales se logra una solución que resulta particularmente ventajosa en los aspectos constructivo y funcional.

Según la invención también se utilizan en el sistema de climatización medios calefactores de complemento formados por resistencias eléctricas, pero ahora, tales resistencias se encuentran constituidas por un hilo resistivo de níquel y hierro, particularmente en una proporción de 70% de níquel y 30% de hierro, cuya resistividad aumenta en función de la temperatura, con una consiguiente disminución de la potencia cuando aumenta la temperatura de la resistencia.

El hilo resistivo se incluye aislado dentro de una cubierta tubular, en forma de una resistencia blindada, con terminales de conexión saliendo por los extremos.

Se obtiene así un medio calefactor formado por una resistencia eléctrica de comportamiento autorregulable como las resistencias cerámicas (PTC), es decir con disminución de la potencia cuando la temperatura aumenta, lo cual hace que la temperatura no pueda alcanzar valores peligrosos. Con las resistencias utilizadas según la invención, se obtiene una reducción de la potencia en función de la temperatura de hasta un 70%, lográndose por lo tanto un gran efecto de la autorregulación.

La composición del hilo resistivo a base de níquel y hierro, de las mencionadas resistencias que se utilizan según la invención, hace que estas resistencias resulten no sólo más económicas que las resistencias cerámicas (PTC), sino incluso más económicas que las resistencias normales cuyo hilo resistivo es de composición níquel-cromo, como por ejemplo en proporciones de 80% de níquel y 20% de cromo, con las cuales no se obtiene además el efecto autorregulador.

La disposición constructiva de las resistencias utilizadas según la invención, en forma de resistencias blindadas, las hace, por otro lado, incorporables en el propio módulo de los tubos calefactores del sistema de calefacción de los automóviles, colocándose en el interior de algunos de los tubos del propio módulo calefactor convencional, lo cual elimina totalmente los problemas de espacio en la instalación.

Por todo ello, con las mejoras preconizadas se obtienen ciertamente unas características muy ventajosas, dando lugar a una realización de carácter preferente y con vida propia respecto de las realizaciones conocidas de la misma función.

La figura 1 muestra un esquema de la disposición convencional de calefacción de un automóvil.

La figura 2 es un esquema de la disposición de calefacción con un medio complementario de calentamiento adicional de apoyo, también dentro de las soluciones incluidas en el estado de la técnica.

La figura 3 es una vista en sección longitudinal de una resistencia blindada autorregulable, para el calentamiento adicional, de acuerdo con la invención.

La figura 4 es una gráfica de la variación de la resistividad de la resistencia autorregulable objeto de la invención, en función de la temperatura del hilo resistivo.

La figura 5 es una gráfica de la variación de la potencia de la resistencia autorregulable objeto de la invención, en función de la temperatura.

La figura 6 es una gráfica de la evolución de la potencia de la resistencia autorregulable objeto de la invención, en relación con el coeficiente de resistividad del hilo, hasta el punto de estabilización en convección natural.

La figura 7 es un esquema de la disposición de calefacción con resistencias blindadas dentro de algunos de los tubos del módulo calefactor por los que pasa el fluido de refrigeración del motor.

El objeto de la invención se refiere a unas mejoras que afectan al sistema de climatización de los vehículos automóviles, que convencionalmente se constituía, como representa la figura 1, por un módulo (1), en el que se disponen una serie de tubos (2) por los que se hace pasar el fluido de refrigeración del motor del vehículo; de forma que, mediante una corriente de aire (3) impulsada por un medio (4), tal como un ventilador, el calor que se disipa por los mencionados tubos (2), provistos a tal efecto de unas aletas intercambiadoras, es llevado hacia el habitáculo del vehículo.

Este sistema, representado en la figura 1, no cumple su función calefactora mientras que el motor del vehículo no está caliente, ya que con el motor frío el fluido de refrigeración no calienta los tubos (2) y éstos no disipan calor a la corriente de aire (3).

Para subsanar ese inconveniente se conoce también la utilización de medios calefactores complementarios (5) de tipo eléctrico, que se disponen en el recorrido de la corriente de aire impulsado (3), tal y como se representa en la figura 2.

De esta forma, los medios calefactores complementarios (5) calientan el aíre (3), cuando los tubos (2) no disipan el calor necesario para la calefacción. Los medios (5) que según las realizaciones conocidas se utilizan en tal sentido, son resistencias de hilo dispuestas en un batidor, pudiendo utilizarse también resistencias cerámicas (PTC), que son de coste elevado; ocupando estas soluciones mucho espacio en la instalación, ya que es preciso conformar un bastidor (5.1) que se monta junto al bloque de tubos (2), disponiéndose en este bastidor (5.1) las resistencias de hilo, o las resistencias cerámicas (PTC).

Además de esta ocupación de espacio, que en el diseño actual de los automóviles tiene una gran trascendencia, sucede que el montaje de hilos resistivos en el bastidor (5.1) conlleva un alto riesgo de sobrecalentamientos en el caso de parada o de mal funcionamiento del electroventilador (4), lo cual se puede paliar disponiendo termofusibles de seguridad, pero en el caso de que dichos termofusibles actúen, es obligatorio llevar el vehículo al taller para la reparación, con la necesidad, en muchos casos, de sustituir el conjunto complementario montado en el bastidor (5.1).

En el caso de utilizar resistencias cerámicas (PTC), ellas se autocontrolan, pero, además de mantener el inconveniente de una ocupación de espacio, por exigir también un bastidor complementario (5.1), sucede que tales resistencias tienen un elevado costo.

Existe una solución, como la de la figura 7 que utiliza resistencias eléctricas, tipo blindadas, que pueden disponerse en el interior de algunos de los tubos (2) del módulo (1): de manera que se evita así la necesidad de un bastidor complementario (5.1) y su consiguiente ocupación de espacio. Ahora bien, esta solución a base de resistencias blindadas tradicionales requiere también de un elemento termofusible de seguridad, normalmente dispuesto dentro de la resistencia, que, en el caso de actuar, exige llevar el vehículo al taller para la sustitución del conjunto resistencia-termofusible, en una reparación que exige un elevado tiempo de mano de obra.

De acuerdo con la invención se utilizan para ese mismo fin un tipo de resistencias que tienen la particularidad de estar constituidas por un hilo resistivo (6) de níquel-hierro en una proporción de 70% de níquel y 30% de hierro.

Dicho hilo resistivo (6) tiene un coeficiente de resistividad que varía en función de la temperatura, por efecto Joule, cuando circula a través de él una corriente eléctrica, de manera que en función de la variación de la temperatura (T) del mencionado hilo (6), varía proporcionalmente la resistencia eléctrica (R) del mismo, según representa la gráfica de la figura 4.

En virtud de la fórmula W=V^{2}/R, cuando aumenta la resistencia eléctrica (R) del hilo (6), la potencia eléctrica (W) disminuye, si la tensión (V) se mantiene constante, como ocurre en la instalación eléctrica de los vehículos, donde la tensión (V) es la que proporciona la batería. Por consiguiente, la potencia eléctrica (W) del hilo resistivo (6) disminuye en función del aumento de la temperatura (T) en dicho hilo (6), según representa la gráfica de la figura 5.

La gráfica de la figura 6 representa la evolución de la potencia eléctrica (W) del hilo resistivo (6), en relación con el coeficiente de resistividad, observándose como la potencia (W) disminuye a medida que el coeficiente de resistividad aumenta, hasta un punto (7) de estabilización, en convección natural.

Con esas características, cuando en el hilo resistivo (6) se aplica una tensión eléctrica (V), tal como la tensión constante de 12 voltios de corriente continua que proporciona el sistema de generación de energía eléctrica de los automóviles, la temperatura (T) de dicho hilo resistivo (6) va ascendiendo y provoca un incremento del coeficiente de resistividad, de manera que, puesto que la tensión (V) aplicada no varía, se produce una disminución de la potencia eléctrica (W), o lo que es lo mismo, una disminución de la carga específica (W/cm^{2}), en la superficie del hilo (6), alcanzando dicha disminución hasta un 70%. El funcionamiento es el mismo con cualquier otro tipo de tensión eléctrica que se pueda aplicar, como 24V cc., 40V cc., u otras, incluso con corriente alterna, sin que la aplicación sufra variación.

Este fenómeno tiene como efecto que la temperatura (T) del hilo resistivo (6) no se dispare a valores excesivamente altos, ya que dicha temperatura (T) es función principalmente de la carga específica en igualdad de condiciones de refrigeración.

Por lo tanto, si la refrigeración o la ventilación forzada (4) del sistema de aplicación, se interrumpe accidentalmente y los dispositivos de seguridad previstos para tal circunstancia no actúan, el propio hilo resistivo (6) efectúa una autorregulación, disminuyendo la potencia cuando la temperatura tiende a aumentar, lo cual evita que la temperatura se eleve a valores peligrosos por encima del valor máximo de temperatura que aguanta el material plástico que rodea al módulo (1).

Como se representa en la figura 3, el hilo resistivo (6) se incluye rodeado por una aislante eléctrico (8) dentro de una envolvente tubular (9), en forma de una resistencia blindada, la cual se cierra en los extremos con sellados de estanqueidad (10) y pasamuros cerámicos o plásticos (11), a través de los cuales pasan sendas varillas (12) que van conectadas al hilo resistivo (6) y que concluyen exteriormente en terminales (13) para las conexiones de aplicación.

Las resistencias así formadas se pueden incluir en el mismo módulo (1) del sistema calefactor de aplicación, como los tubos (2) de calentamiento mediante el fluido de refrigeración del motor, incluso disponiéndose dentro de algunos de los mencionados tubos (2), como en la figura 7, con lo cual el espacio necesario para el montaje de instalación en la aplicación práctica es el mismo que el de los sistemas calefactores convencionales, disponiendo sin embargo de una ayuda de calentamiento eléctrico para cuando el sistema de refrigeración del motor de los vehículos no ha alcanzado aún la temperatura necesaria, para su eficacia en el sistema calefactor, realizando el medio eléctrico de ayuda una autorregulación que impide que la temperatura alcance valores peligrosos.

Para mayor seguridad contra la posible elevación de la temperatura a valores peligrosos por causas eventuales, en las resistencias blindadas el hilo resistivo (6) puede disponerse asociado con un termofusible (14) de corte en caso de sobretemperatura si la autorregulación no fuera suficiente, lo cual se ha comprobado que en la práctica no es necesario, ya que la solución ahora preconizada aporta una perfecta autorregulación.

De esta forma, con la solución ahora preconizada se consigue crear un sistema que se autocontrola, como sucedía con las resistencias cerámicas (PTC), pero que, en ventaja respecto de estas últimas, no ocupa un espacio adicional y la solución es mucho más económica, siendo este tipo de hilo resistivo incluso más económico que el utilizado tradicionalmente en las resistencias blindadas.

Claims (5)

1. Mejoras en sistemas de climatización para vehículos y similares, del tipo de los que el calor de la calefacción se obtiene aprovechando la disipación del calor del fluido de refrigeración del motor del vehículo, haciendo pasar este fluido a través de tubos (2) incluidos en un módulo (1) calefactor, caracterizadas porque, como complemento del módulo calefactor (1), se disponen resistencias eléctricas constituidas por un hilo resistivo (6) de una composición de níquel y hierro, cuya resistividad aumenta en función de la temperatura, con una disminución proporcional de la potencia cuando aumenta la temperatura de la resistencia, dando lugar a una autorregulación de dichas resistencias eléctricas complementarias del módulo calefactor (1).

2. Mejoras en sistemas de climatización para vehículos y similares, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizadas porque el hilo resistivo (6) de las resistencias eléctricas se incluye rodeado por un aislante eléctrico (8) dentro de una envolvente tubular (9), con cierres de estanqueidad (10) y pasamuros (11) en los extremos, a través de los cuales salen respectivas varillas (12) para las conexiones de aplicación, determinando todo ello un conjunto en forma de resistencia blindada.

3. Mejoras en sistemas de climatización para vehículos y similares, en todo de acuerdo con la primera y segunda reivindicaciones, caracterizadas porque el hilo resistivo (6) se compone de un 70% de níquel y un 30% de hierro.

4. Mejoras en sistemas de climatización para vehículos y similares, en todo de acuerdo con la primera y segunda reivindicaciones, caracterizadas porque las resistencias blindadas formadas con hilos resistivos (6) se pueden incluir en el módulo (1) del sistema calefactor, en el interior de algunos de los tubos (2) de dicho módulo (1).

5. Mejoras en sistemas de climatización para vehículos y similares, en todo de acuerdo con la primera y segunda reivindicaciones, caracterizadas porque dentro de la envolvente tubular (9) del hilo resistivo (6) se puede disponer un termofusible (14) de seguridad.