ES2222125T3 - Conjunto radiador para un vehiculo. - Google Patents
Conjunto radiador para un vehiculo.Info
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Abstract
Un conjunto de radiador de un vehículo que tiene un motor refrigerado por agua como una fuente de calor de dicho conjunto de radiador, incluyendo - unos medios termo-intercambiadores (8) para calentar el compartimiento del vehículo por intercambio térmico entre el agua de refrigeración del motor (1) y aire, y - unos medios exotérmicos para calentar el agua de refrigeración, donde dichos medios exotérmicos incluyen unos medios termo-intercambiadores (7) en el lado exotérmico y en el lado situado hacia arriba de dichos medios termo-intercambiadores (8) y al menos un elemento Peltier (10) que tiene una superficie exotérmica adherida a dichos medios termo-intercambiadores (7) en el lado exotérmico, - unos medios termo-intercambiadores (9) en el lado endotérmico adheridos a una superficie endotérmica de dicho elemento Peltier, estando dispuestos dichos medios termo-intercambiadores (9) en el lado situado hacia abajo de dichos medios termo-intercambiadores (8) para absorber calor del agua de refrigeración en un conducto de retorno al motor (1).
Description
Conjunto radiador para un vehículo.
La presente invención se refiere a un conjunto de
radiador para un vehículo, en particular para un vehículo que
utiliza el agua de refrigeración de un motor refrigerado por agua
como una fuente de calor para calefacción.
En un vehículo movido por motor refrigerado por
agua se ha dispuesto un conjunto de radiador para calefacción
suministrando agua de refrigeración procedente del motor a un
termointercambiador y calentando el aire circulante en el
termointercambiador, y suministrando el aire caliente al
compartimiento del vehículo. Cuando la temperatura del agua
refrigerante permanece baja durante el calentamiento del motor en
una estación fría, no es efectivo utilizar el agua de refrigeración
del motor para calefacción. En motores que tienen alta eficiencia
de combustión, la cantidad de calor disponible fuera del motor es en
general relativamente pequeña. Es difícil elevar la temperatura del
agua de refrigeración en particular después del arranque del motor.
Entonces, no es adecuado usar el agua de refrigeración como una
única fuente de calor para calefacción durante un intervalo de
tiempo después del arranque del motor. Convencionalmente, la
capacidad de calefacción en la fase de calentamiento después del
arranque del motor se puede lograr calentando el agua fría de
refrigeración para acelerar intencionadamente el aumento de la
temperatura. Esto se realiza con la ayuda de equipo calefactor
auxiliar. La figura 11 ilustra un circuito de agua refrigerante de
un conjunto de radiador conocido por DE 197 52 613 A y JP 06 092
134 A. La figura 12 muestra variaciones de la temperatura en la
operación del conjunto de radiador conocido. Un motor 101 que tiene
una bomba de circulación 102 está conectado con una válvula de
cambio térmico 103 que tiene orificios de salida conectados a un
radiador de motor 104 y a un conducto de derivación 105. Una unión
entre la salida del radiador de motor 104 y el conducto de
derivación 105 está conectada al motor 101. La bomba de circulación
102 está conectada además con una válvula de tres vías 106 conectada
mediante un conducto de derivación 107 con el motor 101 y un
termointercambiador auxiliar 108 provisto de un calefactor auxiliar
109. La salida del termointercambiador auxiliar 108 está conectada
a un termointercambiador de compartimiento 110 que a su vez está
conectado al motor 101. El calefactor auxiliar utilizado en JP 06
092 134 A es un equipo exotérmico de cizalladura en el que actúan
fuerzas de cizalladura en un fluido viscoso utilizando la potencia
de giro del motor. La temperatura del agua refrigerante del motor
que entra en el termointercambiador auxiliar 108 es T1. La
temperatura del agua de refrigeración que sale de
termointercambiador auxiliar 108 al termointercambiador de
compartimiento 110 es T2. La temperatura hacia abajo del
termointercambiador de compartimiento 110 y en el conducto de
retorno al motor 101 es T3. En la figura 12, el eje horizontal
indica el tiempo después del arranque del motor, el eje vertical
indica la temperatura. Al calentar sin que opere el calefactor
auxiliar 109, la temperatura de agua refrigerante que fluye a
través del termointercambiador auxiliar 108 al termointercambiador
de compartimiento 110 varía según la curva 121: aumenta
gradualmente. La temperatura T1 a la entrada de termointercambiador
auxiliar 108 corresponde a la temperatura T2 (OFF) en la entrada de
termointercambiador de compartimiento 110. La temperatura de salida
T3 (OFF) después del termointercambio del termointercambiador del
compartimiento 110 varía según la curva 122. La diferencia entre
las curvas 121 y 122 representa la capacidad de calentamiento del
termointercambiador de compartimiento 110 solamente. Poniendo
también en funcionamiento el calefactor auxiliar 109, el agua de
refrigeración se calienta en el termointercambiador auxiliar 108. La
temperatura sube de T1 a T2 (ON) y varía según la curva 123. Aunque
calentar el agua de refrigeración con la temperatura T2 (ON)
intercambia calor en el termointercambiador de compartimiento 110,
la temperatura T3 (ON) a la salida variará según la curva 124. La
diferencia entre las curvas 123 y 124 representa la capacidad de
calentamiento del termointercambiador de compartimiento 110 cuando
el calefactor auxiliar 109 está operando. Se complementa la
insuficiente capacidad de calentamiento después del arranque del
motor.
El equipo calefactor auxiliar del sistema de aire
acondicionado para automóvil de
DE-A-19752613 incluye un calefactor
eléctrico que consta de un elemento de hilo de NiCr dispuesto
dentro de una sección del circuito de agua refrigerante.
WO 97 22 486 A describe un termointercambiador
para un sistema de aire acondicionado. El termointercambiador
contiene elementos Peltier usados para absorber calor del
refrigerante de motor y para transferir calor a un tubo de
refrigeración.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un conjunto de radiador altamente eficiente de un
vehículo equipado con un equipo calefactor auxiliar.
Dicho objeto se logra por un conjunto de radiador
que utiliza al menos un elemento Peltier para calentar agua de
refrigeración. El agua de refrigeración calentada se suministra
después a los medios termointercambiadores para calefacción. El
elemento Peltier genera una mayor cantidad de calor y más de al
menos una cantidad de la energía cargada y da lugar a un equipo
calefactor auxiliar altamente eficiente.
Se adhiere un termointercambiador al lado
exotérmico de dicho elemento Peltier para transmitir calor generado
por el elemento Peltier al agua refrigerante que fluye a los medios
termointercambiadores. Se adhieren otros medios
termointercambiadores a una superficie endotérmica del elemento
Peltier que sirve para absorber calor del agua de refrigeración
cuando sale de los medios termointercambiadores para
calefacción.
Mientras la temperatura del agua de refrigeración
es baja poco después del arranque del motor, el agua de
refrigeración suministrada al termointercambiador de compartimiento
se calienta por el calor Joule del elemento Peltier y el calor
transferido desde una superficie endotérmica a una superficie
exotérmica del mismo elemento Peltier. Así, es posible añadir más
energía térmica para calefacción al agua refrigerante que fluye al
termointercambiador en el lado exotérmico que la energía eléctrica
cargada en el elemento Peltier, y aumentar rápidamente la capacidad
de calentamiento del termointercambiador de compartimiento.
Se describirá realizaciones de la invención con
la ayuda de los dibujos. En el dibujo:
La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra
esquemáticamente un circuito de agua refrigerante referente a un
conjunto de radiador según la invención.
La figura 2 es un diagrama de las variaciones de
temperatura.
La figura 3 es una vista en perspectiva
esquemática de un equipo calefactor auxiliar.
La figura 4 es un diagrama de bloques de una
segunda realización de un conjunto de radiador según la
invención.
La figura 5 es un diagrama de bloques de la
segunda realización en un estado operativo poco después del arranque
del motor.
La figura 6 es un diagrama de las variaciones de
temperatura.
La figura 7 es un diagrama de bloques de una
tercera realización de un conjunto de radiador según la
invención.
La figura 8 es un diagrama de bloques de dicha
tercera realización en una condición poco después del arranque del
motor.
La figura 9 es un diagrama de bloques de una
cuarta realización de un conjunto de radiador según la invención,
en una condición poco después del arranque del motor.
La figura 10 es un diagrama de bloques del
circuito de agua refrigerante de la cuarta realización.
La figura 11 es un diagrama de bloques de un
circuito de agua refrigerante incluyendo un conjunto de radiador
convencional.
Y la figura 12 es un diagrama de la variación de
temperatura para el conjunto de radiador convencional.
La mitad derecha de la figura 1 representa el
circuito de agua refrigerante 1. La mitad izquierda de la figura 1
representa un conjunto de radiador del vehículo usando el agua
refrigerante del motor como una fuente de calor. Una bomba de
circulación 2 del motor 1 expulsa a la fuerza agua de refrigeración
a una camisa de agua de motor 1. Un orificio de salida de la bomba
de circulación 2 está conectado a un orificio de entrada de una
válvula de cambio térmico 3 que tiene dos orificios de salida, uno
conectado a una entrada de un radiador de motor 4 y el otro
conectado a un conducto de derivación 5 poniendo en derivación el
radiador de motor 4. Una parte de unión entre el radiador 4 y el
conducto de derivación 5 conduce a un orificio de entrada de motor
1.
La bomba de circulación 2 está conectada además a
un orificio de entrada de una válvula de estrangulación 6, cuyo
orificio de salida está conectado a un orificio de entrada de un
termointercambiador 7 en el lado de calentamiento del conjunto. Un
orificio de salida del termointercambiador 7 está conectado a un
orificio de entrada de un termointercambiador de compartimiento 8,
cuyo orificio de salida está conectado a un termointercambiador 9
dispuesto en el lado endotérmico. Entre el termointercambiador 7 y
el termointercambiador 9 en el lado endotérmico está adherido un
elemento Peltier 10. Dichos componentes constituyen un equipo
calefactor auxiliar. La salida del termointercambiador 9 está
conectada mediante un conducto de retorno al orificio de entrada del
motor 1.
En lugar de la válvula de estrangulación 6, se
puede usar una válvula de tres vías y el conducto de derivación. Se
podría instalar una bomba en una posición arbitraria dentro de un
circuito cerrado incluyendo el motor 1, el termointercambiador 7,
el termointercambiador de compartimiento 8 y el termointercambiador
9.
El calor que se origina en el motor 1 es
absorbido por el agua de refrigeración. Si la temperatura es menor
que una temperatura fijada, en la válvula de cambio térmico 3 hacia
abajo de la bomba de circulación 2 el agua de refrigeración es
devuelta directamente al motor 1 a través del conducto de derivación
5. Si la temperatura es superior a dicha temperatura fijada, el
calor del agua de refrigeración se irradia en el radiador de motor
4 desde el que el agua de refrigeración vuelve al motor 1.
El conjunto de radiador de calefacción incluye un
circuito cerrado donde una parte del agua refrigerante expulsada de
bomba de circulación 2 circula desde la válvula de estrangulación 6
a través del termointercambiador 7, el termointercambiador de
compartimiento 8, el termointercambiador 9 al orificio de entrada
de motor 1. Si la cantidad de calor en el agua de refrigeración es
suficientemente alta, el grado de apertura de válvula de
estrangulación 6 se regula correspondientemente a la capacidad de
calentamiento que necesita el termointercambiador de compartimiento
8.
La temperatura del agua de refrigeración que sale
del motor 1 al termointercambiador 7 es T1. La temperatura hacia
abajo del termointercambiador 7 para el termointercambiador de
compartimiento 8 es T2. La temperatura hacia abajo del
termointercambiador de compartimiento 8 para el termointercambiador
9 es T3. La temperatura del termointercambiador 9 es T4.
En la figura 2, un eje horizontal muestra el
tiempo transcurrido después del arranque del motor. El eje vertical
muestra las variaciones de la temperatura en el agua de
refrigeración. La temperatura del agua de refrigeración al tiempo
del arranque del motor es XºC.
Después del arranque del motor, la temperatura
aumenta gradualmente desde XºC y la temperatura entre el
termointercambiador 7 y el termointercambiador de compartimiento 8
cambia según la curva 21. La temperatura T1 a la entrada del
termointercambiador 7 es la misma que la temperatura T2 (OFF) a la
entrada del termointercambiador de compartimiento 8. El agua de
refrigeración intercambia calor en el termointercambiador de
compartimiento 8 y la temperatura en el termointercambiador 9
aumenta gradualmente desde XºC y sigue la curva 22. Entonces, la
temperatura T3 (OFF) a la salida del termointercambiador de
compartimiento 8 es la misma que la temperatura T4 (OFF) a la salida
del termointercambiador 9. Por lo tanto, la diferencia entre las
curvas 21 y 22 representa la capacidad de calentamiento del
termointercambiador de compartimiento 8 sin utilizar el equipo
calefactor auxiliar. La capacidad de calentamiento es pobre poco
después del arranque del motor.
La temperatura sube de T1 a T2 (ON) debido a la
influencia del termointercambiador 7 y varía según la curva 23.
Dado que el agua de refrigeración de temperatura T2 (ON)
intercambia calor en el termointercambiador de compartimiento 8, la
temperatura T3 (ON) varía según la curva 24. Dado que el agua de
refrigeración de temperatura T3 (ON) también intercambia calor en el
termointercambiador 9, la temperatura T4 (ON) a la salida varía
según la curva 25. Eso significa que el agua de refrigeración
vuelve al motor 1 cuando la temperatura es menor que la temperatura
al arranque del motor debido a la influencia del
termointercambiador 9 en el lado endotérmico, es decir, la curva 25
comienza a partir de una temperatura inferior a XºC. Por lo tanto,
la diferencia entre las curvas 23 y 24 representa la mayor
capacidad de calentamiento del termointercambiador de
compartimiento 8 al utilizar el equipo calefactor auxiliar, un
estado en el que se complementa la insuficiente capacidad de
calentamiento poco después del arranque del motor.
El elemento Peltier 10 usa el efecto Peltier
permitiendo que la corriente eléctrica circulante absorba calor del
lado endotérmico donde cae la temperatura de una superficie y
transfiera el calor en el lado exotérmico donde sube la temperatura
de la superficie. Aunque la cantidad de transferencia de calor
cambia dependiendo de las condiciones iniciales, casi el 50% de la
potencia eléctrica puede ser utilizado efectivamente en el elemento
Peltier 10. Esto da lugar a un coeficiente de aproximadamente 0,5.
Sin embargo, aunque el coeficiente resultante es 0,5 al utilizar el
elemento Peltier 10 en un equipo refrigerante, la potencia
calorífica en el lado exotérmico del elemento Peltier se puede
expresar por la suma de la cantidad de calor absorbido en el lado
endotérmico y el calor Joule generado por la corriente eléctrica que
fluye a través del elemento Peltier 10 al utilizarlo como un
componente de calentamiento auxiliar. Como resultado, el
coeficiente resultante puede ser de hasta aproximadamente 1,5. En
un calefactor eléctrico convencional, el coeficiente resultante es
a lo sumo 1,0. En comparación, el coeficiente resultante de 1,5 del
elemento Peltier 10 es mucho mejor.
Como complemento del efecto del elemento Peltier
10, la cantidad de calor transferido desde el lado endotérmico en
el lado exotérmico por el elemento Peltier 10 se puede expresar por
el valor GW (T3 (ON) - T4 (ON)). Eso significa que la diferencia de
temperatura entre la entrada y la salida del termointercambiador 9
en el lado endotérmico se multiplica por la cantidad del agua de
refrigeración. Si la cantidad de calor que se origina a partir del
calor Joule generado por la potencia eléctrica cargada en el
elemento Peltier 10 se expresa por PW, la temperatura T2 en la
entrada (curva 23) del termointercambiador de compartimiento 9 es
la suma de la temperatura T1 en la entrada (curva 21) del
termointercambiador 7, de la cantidad de calor PW generado por el
elemento Peltier 10 propiamente dicho, y de la cantidad de calor
transferido GW (T3) (ON) - T4 (ON)).
El elemento Peltier 10 del equipo calefactor
auxiliar de la figura 3 está situado entre el termointercambiador 7
en el lado de calentamiento y el termointercambiador 9 en el lado
endotérmico. Ambos termointercambiadores 7, 9 están provistos de
orificios de entrada y orificios de salida 7a, 8a; 7b, 8b. El
orificio de entrada 7a y el orificio de salida 7b están conectados
al motor 1. El orificio de entrada 8a y el orificio de salida 8b
están conectados al termointercambiador de compartimiento 8.
En el elemento Peltier 10, la superficie
endotérmica y la superficie exotérmica se pueden invertir
dependiendo de la dirección de flujo de la corriente eléctrica. La
polaridad de un hilo conductor se elige de manera que la superficie
exotérmica esté en el lado del termointercambiador 7 mientras que la
superficie endotérmica está en el lado del termointercambiador 9.
El hilo conductor se extiende a través de un controlador de
corriente eléctrica 11 y una batería 12. Una entrada del
controlador de corriente eléctrica 11 está conectada a una salida
de un controlador 13. El controlador 11 controla la operación de
calentamiento auxiliar del elemento Peltier 10 controlando el valor
de la corriente eléctrica. Si se necesita calentamiento auxiliar
después del arranque del motor, el controlador ajusta la corriente
eléctrica a 100%. Tan pronto como la temperatura del agua de
refrigeración se ha incrementado lo suficiente y el aumento de
temperatura ha llegado a un estado saturado, ya no se necesita el
auxiliar. Entonces, la corriente eléctrica se regula a 0%. Los
métodos de control del controlador de corriente eléctrica 11 pueden
ser un control analógico, y control de conexión/desconexión, un
control de modulación de impulso en anchura, o análogos.
En la segunda realización del conjunto de
radiador de la figura 4 una bomba 31 y una válvula de cuatro vías
32 están situadas entre el motor 1 y el termointercambiador 7. La
válvula de cuatro vías 32 también está situada entre el
termointercambiador de compartimiento 8 y el termointercambiador 9
en el lado endotérmico.
Se puede disponer una válvula (no representada)
para controlar la cantidad de flujo o el caudal entre la bomba 31 y
la válvula de cuatro vías 32. En cambio, el caudal se puede
controlar regulando el grado de rotación o ajuste de la válvula de
cuatro vías 32.
El agua de refrigeración del motor 1 fluye a
través de la válvula de cuatro vías 32 y la bomba 31 al
termointercambiador 7, es calentada por el termointercambiador 7 y
fluye al termointercambiador de compartimiento 8, donde intercambia
calor con el aire dentro del vehículo, y finalmente fluye a través
de la válvula de cuatro vías 32 al termointercambiador 9. Después de
absorber calor aquí, el agua de refrigeración vuelve al motor 1. Es
posible ejecutar la misma operación de calentamiento auxiliar que
en la figura 1.
La figura 5 es un diagrama de bloques que
representa el estado después del arranque del motor en la segunda
realización. Mediante la válvula de cuatro vías 32 es posible
separar el circuito para el flujo al termointercambiador 7 y el
termointercambiador de compartimiento 8 de otro circuito en el que
el agua de refrigeración vuelve al motor 1. En otros términos, se
forma un primer circuito en el que el agua de refrigeración de
motor 1 vuelve a través de la válvula de cuatro vías 32 y el
termointercambiador 9 al motor 1. Independientemente, se forma un
segundo circuito cerrado en el que el agua de refrigeración vuelve
de nuevo desde la válvula de cuatro vías 32 a través de la bomba
31, el termointercambiador 7 y el termointercambiador de
compartimiento 8 a la válvula de cuatro vías 32. El calor Joule
generado por el elemento Peltier 10 y la cantidad de calor
absorbido del agua de refrigeración de motor 1 se suministran al
circuito cerrado del termointercambiador de compartimiento 8.
La carga del termointercambiador de
compartimiento 8 se decide por la cantidad del flujo de aire
(cantidad de aire) que pasa por el termointercambiador de
compartimiento 8 y la temperatura del aire. Mientras la carga del
termointercambiador de compartimiento es pequeña, la cantidad de
calor intercambiado por el termointercambiador de compartimiento 8
es menor que la cantidad calentada por el termointercambiador 7. En
este caso, se produce un fenómeno. La temperatura a la salida del
termointercambiador de compartimiento 8 es más alta que la
temperatura T1 a la entrada del termointercambiador 7. En la
configuración de la figura 4, el agua de refrigeración a alta
temperatura que sale del termointercambiador de compartimiento 8 es
enfriada por el termointercambiador 9 de manera que el agua de
refrigeración para el motor se calienta más. La potencia calorífica
del agua de refrigeración en el motor 1 es por lo general grande.
Por lo tanto, aunque el agua de refrigeración para el motor se
caliente por el agua de refrigeración a alta temperatura que vuelve
del termointercambiador de compartimiento 8, la temperatura T1 a la
salida del motor 1 al termointercambiador 7 no aumentará
bruscamente. Esto significa que la temperatura del agua de
refrigeración que entra en el termointercambiador de compartimiento
8 aumenta lentamente, dado que el agua de refrigeración que entra
en el termointercambiador 7 se calienta a baja temperatura
solamente.
Si la temperatura a la salida del
termointercambiador de compartimiento 8 es más alta que la
temperatura a la salida del motor 1, es decir, la temperatura a la
entrada del termointercambiador 7 (figura 5), es posible transferir
la cantidad completa de calor suministrada por el
termointercambiador 7 al termointercambiador de compartimiento 8
conmutando correspondientemente la válvula de cuatro vías 32 y
formando un circuito cerrado con el conjunto de radiador separado
del circuito de agua refrigerante del motor.
La figura 6 ilustra variaciones de la temperatura
en dicho circuito cerrado del radiador. Después del arranque del
motor, la válvula de cuatro vías 32 se conmuta como en la figura 5
para formar dicho circuito cerrado. La temperatura del agua de
refrigeración en dicho circuito, en el lado de motor después del
arranque del motor, es casi la misma que en la figura 2. La
temperatura varía según la curva 41. La temperatura en el
termointercambiador 7 es, en primer lugar, la misma que la
temperatura en el motor (XºC). La temperatura T2 en el
termointercambiador de compartimiento 8 varía según la curva 42
porque el agua de refrigeración es calentada por el
termointercambiador 7. La potencia calorífica o capacidad del
circuito cerrado es menor que la potencia calorífica en el lado de
motor. Como consecuencia, la temperatura T2 a la entrada del
termointercambiador de compartimiento 8 aumenta de forma
comparativamente brusca. Dado que la cantidad de calor
intercambiado por el termointercambiador de compartimiento 8 es
pequeña (la carga del termointercambiador de compartimiento 8 es
pequeña), la temperatura T5 a la salida del termointercambiador 8
aumenta considerablemente y la temperatura T5 varía según la curva
43. La diferencia entre las curvas 42 y 43 representa la capacidad
de calentamiento incrementada.
Por otra parte, en el otro circuito en el lado de
motor, el agua de refrigeración del motor 1 fluye a través de la
válvula de cuatro vías 32 al termointercambiador 9 en el lado
endotérmico donde el calor es absorbido. Por lo tanto, la
temperatura T4 a la salida del termointercambiador 9 varía según la
curva 34.
Si la temperatura del agua de refrigeración en el
circuito en el lado del radiador aumenta bruscamente, el agua de
refrigeración se separa pronto. Por el contrario, la temperatura
del agua de refrigeración en el lado de motor solamente aumenta
gradualmente. Si la temperatura en el motor 1 es superior a la
temperatura T5 en la salida del termointercambiador de
compartimiento 8, la válvula de cuatro vías 32 se conmuta para
formar un circuito de la figura 4. El tiempo de conmutación de la
válvula 32 depende de la carga del termointercambiador de
compartimiento 8. La válvula 32 se conmuta pronto si la carga es
pequeña, y se conmuta tarde si la carga es grande.
En la tercera realización de la figura 7 se ha
introducido una bomba 51 entre el orificio de salida del motor 1 y
la válvula de cuatro vías 32. Se ha dispuesto una válvula de
retención 52 entre el orificio de salida de motor 1 y la válvula de
cambio térmico 3. Dicha válvula de retención 52 permite un flujo
desde el motor 1 a la válvula de cambio térmico 3. La válvula de
cambio térmico 3 se puede combinar estructuralmente con la válvula
de retención 52.
Tan pronto como la temperatura del agua de
refrigeración del motor 1 es suficientemente alta, es descargada
por la bomba de circulación 2 a través de la válvula de retención
52 a un circuito del radiador de motor 4. Además, el agua de
refrigeración se dirige a través de la bomba 51, la válvula de
cuatro vías 32, la bomba 31 y el termointercambiador 7 al
termointercambiador de compartimiento 8. Después del intercambio
térmico con aire para el compartimiento del vehículo, el agua de
refrigeración vuelve a través de la válvula de cuatro vías 32 y el
termointercambiador 9 al motor 1.
Conviene implementar esta configuración en un
vehículo que tiene un motor destinado a bajo consumo de
combustible, por ejemplo un vehículo con un mecanismo de parada en
marcha en vacío, o un vehículo de accionamiento híbrido que utiliza
un electromotor y un motor refrigerado por agua. El mecanismo de
parada en marcha en vacío para el motor 1 tan pronto como la
velocidad del motor 1 cae a velocidad de marcha en vacío, al parar
temporalmente en un cruce, un paso a nivel, y análogos. La bomba de
circulación 2 del motor 1 también para cuando el motor 1 se para.
En el vehículo de accionamiento híbrido una fuente de alimentación
se conmuta del motor 1 al electromotor cuando la capacidad de
potencia es suficientemente alta y la carga del motor es pequeña.
Cuando se pare el motor 1, se parará su bomba de circulación 2 y
después es imposible suministrar agua de refrigeración del motor 1
al termointercambiador de compartimiento 8. En este caso, es
posible utilizar el calor restante del agua de refrigeración de
motor 1 sucesivamente poniendo en funcionamiento la bomba 31 en
lugar de la bomba de circulación 2 y suministrar agua de
refrigeración del motor 1 al termointercambiador de compartimiento
8. Cuando la bomba 31 aspira agua de refrigeración del motor 1, la
presión a la salida del motor 1 resulta negativa y la bomba 31
tiende a aspirar agua de refrigeración enfriada en el radiador de
motor 4. Sin embargo, el agua de refrigeración procedente del
radiador de motor 4 no puede volver a través de la válvula de
retención 52 dispuesta entre el orificio de salida del motor 1 y la
válvula de cambio térmico 3. Como consecuencia, solamente se
suministra agua refrigerante calentada en el motor al
termointercambiador de compartimiento 8 y se utiliza para
calefacción. Dicha bomba 31 podría no ser necesaria en este equipo
de calentamiento.
La figura 8 representa la fase de arranque del
motor de la tercera realización. Después del arranque del motor, es
posible que la temperatura del agua de refrigeración a la salida
del termointercambiador de compartimiento 8 sea más alta que a la
salida del motor 1. En este caso (figura 8) la válvula de cuatro
vías 32 se conmuta de manera que se forme el circuito cerrado para
agua refrigerante que fluye al termointercambiador 7 y al
termointercambiador de compartimiento 8. Esto significa que se
forma un circuito con pequeña capacidad calorífica
independientemente del circuito de motor. El circuito de motor
tendría gran capacidad calorífica. Entonces, el flujo de agua de
refrigeración es el mismo que en la figura 5. En este circuito de
pequeña capacidad, la temperatura del agua refrigerante calentada
por el termointercambiador 7 se puede subir rápidamente de tal
manera que el interior del vehículo se puede calentar pronto
después del arranque del motor. Dado que, en este caso, el agua de
refrigeración del motor 1 se suministra a través de la válvula de
cuatro vías 32 al termointercambiador 9 por la bomba de circulación
2, hay un efecto endotérmico producido por el termointercambiador 9
en el lado endotérmico. Sin embargo, no fluye agua de refrigeración
en el termointercambiador 9 si el motor 1 se para. Por lo tanto, el
agua de refrigeración se refrigeraría inmediatamente porque la
capacidad del agua de refrigeración en el termointercambiador 9 es
pequeña y el efecto endotérmico también resulta pequeño.
Si el motor 1 se para mientras el agua de
refrigeración suministrada al termointercambiador de compartimiento
8 es calentada por el elemento Peltier 10 después del arranque del
motor, se mueve la bomba 51 en lugar de la bomba de circulación 2,
y se hace circular agua de refrigeración a través del
termointercambiador 9. No es necesario introducir la bomba 51 entre
el orificio de salida del motor 1 y la válvula de cuatro vías 32.
En cambio, se puede instalar entre la válvula de cuatro vías 32 y
el termointercambiador 9 o entre el termointercambiador 9 y el
orificio de salida del motor 1.
La figura 9 representa el estado poco después del
arranque del motor en una cuarta realización de un conjunto de
radiador del vehículo. Una válvula de tres vías 61 y una bomba 62
están dispuestas entre un orificio de salida del motor 1 y el
termointercambiador 7. Otro orificio de salida de la válvula de tres
vías 61 está conectado mediante una válvula de cuatro vías 63 a un
orificio de entrada del termointercambiador 9. El orificio de
salida del termointercambiador de compartimiento 8 está conectado a
la válvula de cuatro vías 63. Una salida de un paso de la válvula
63 está conectada mediante una válvula de retención 64 a un
conducto que se extiende entre la válvula de tres vías 61 y la bomba
62. Dicha salida también está conectada mediante otra válvula de
retención 65 a la entrada de motor 1. Las válvulas de retención 64,
65 permiten el flujo desde la válvula de cuatro vías 63 a la bomba
62 y el motor 1.
El flujo de agua de refrigeración es el mismo que
en las figuras 5 y 8. Se puede formar un circuito cerrado cuando el
agua refrigerante descargada por la bomba 62 fluye al
termointercambiador 7, se calienta en él, fluye después al
termointercambiador de compartimiento 8 para intercambiar calor con
el aire destinado al compartimiento del vehículo, y finalmente
vuelve a través de la válvula de cuatro vías 63 y la válvula de
retención 64 a la bomba 62. El agua de refrigeración del motor 1
fluye a través de la válvula de tres vías 61 y la válvula de cuatro
vías 63 al termointercambiador 9, donde se absorbe calor, y vuelve
al motor 1. Es posible la misma operación de calentamiento auxiliar
que la descrita en conexión con las figuras 5 y 8.
En esta cuarta realización, un circuito cerrado
en el lado de termointercambiador de compartimiento 8, la válvula
de cuatro vías 63 se conmuta cuando la carga del
termointercambiador de compartimiento 8 es pequeña y la temperatura
a la salida del termointercambiador de compartimiento es menor que
la temperatura a la salida de motor 1. Esto se representa en la
figura 10.
En la figura 10 el flujo es como en las figuras
1, 4 y 7. El agua refrigerante descargada del motor 1 fluye a
través de la válvula de tres vías 61 y la bomba 62 al
termointercambiador 7, se calienta allí, fluye al
termointercambiador de compartimiento 8 e intercambia calor con el
aire. Después, fluye también a través de la válvula de cuatro vías
63 al termointercambiador 9 donde se absorbe calor y vuelve al
motor 1. Además, si la carga del termointercambiador de
compartimiento 8 es pequeña, la cantidad o caudal del agua de
refrigeración suministrada a la bomba 62 se puede limitar por la
válvula de tres vías 61, de manera que una mayor cantidad de agua
de refrigeración vuelve a través de la válvula de cuatro vías 63 y
la válvula de retención 65 al motor 1. La cantidad de agua
refrigerante que fluye a través de la bomba 62 es estabilizada por
una función de derivación, como se ha mencionado anteriormente.
Claims (10)
1. Un conjunto de radiador de un vehículo que
tiene un motor refrigerado por agua como una fuente de calor de
dicho conjunto de radiador, incluyendo
unos medios termointercambiadores (8) para
calentar el compartimiento del vehículo por intercambio térmico
entre el agua de refrigeración del motor (1) y aire, y
unos medios exotérmicos para calentar el agua de
refrigeración,
donde dichos medios exotérmicos incluyen unos
medios termointercambiadores (7) en el lado exotérmico y en el lado
situado hacia arriba de dichos medios termointercambiadores (8) y
al menos un elemento Peltier (10) que tiene una superficie
exotérmica adherida a dichos medios termointercambiadores (7) en el
lado exotérmico,
unos medios termointercambiadores (9) en el lado
endotérmico adheridos a una superficie endotérmica de dicho elemento
Peltier,
estando dispuestos dichos medios
termointercambiadores (9) en el lado situado hacia abajo de dichos
medios termointercambiadores (8) para absorber calor del agua de
refrigeración en un conducto de retorno al motor (1).
2. Conjunto de radiador según la reivindicación
1,
donde se ha dispuesto una bomba (31, 62) para
hacer circular agua refrigerante a dichos medios
termointercambiadores (7) en el lado exotérmico, y
una válvula de cuatro vías 32) para ser conmutada
entre una primera posición de conmutación y una segunda posición de
conmutación, dirigiendo dicha válvula de cuatro vías 32) en dicha
primera posición de conmutación el agua de refrigeración que sale
de dichos medios termointercambiadores (8) para calefacción a
dichos medios termointercambiadores (7) en el lado exotérmico,
mientras que el agua de refrigeración que sale de dicho motor (1) se
dirige mediante dichos medios termointercambiadores (9) en el lado
endotérmico de nuevo al motor (1), y
dicha válvula de cuatro vías 32) en dicha segunda
posición de conmutación dirige el agua de refrigeración que sale de
dicho motor (1) a dichos medios termointercambiadores (7) en el
lado exotérmico, mientras que el agua de refrigeración que sale de
dichos medios termointercambiadores (8) para calefacción se dirige
mediante dichos medios termointercambiadores (9) en el lado
endotérmico de nuevo a dicho motor (1).
3. Conjunto de radiador según la reivindicación
2, donde dicha válvula de cuatro vías 32) se conmuta a dicha
primera posición de conmutación cuando la temperatura del agua de
refrigeración que sale de dichos medios termointercambiadores (8)
para calefacción es más alta que la temperatura del agua de
refrigeración que sale de dicho motor (1), y se conmuta a dicha
segunda posición de conmutación cuando la temperatura del agua de
refrigeración que sale del motor (1) es más alta que la temperatura
del agua de refrigeración que sale de dichos medios
termointercambiadores (8) para calefacción.
4. Conjunto de radiador según la reivindicación
2, donde una válvula de retención (52) está dispuesta entre un
orificio de salida del motor y un orificio de entrada de un
radiador de motor (4) para enfriar el agua de refrigeración de
dicho motor (1), permitiendo dicha válvula de retención (52) un
flujo solamente en la dirección desde dicho motor a dicho radiador
de motor (4).
5. Conjunto de radiador según la reivindicación
2, donde se ha dispuesto una bomba de agua refrigerante (51) para
hacer circular agua de refrigeración a través de dichos medios
termointercambiadores (9) en el lado endotérmico y dicho motor (1)
en dicha primera posición de conmutación de dicha válvula de cuatro
vías 32).
6. Conjunto de radiador según la reivindicación
1,
donde se ha dispuesto una bomba de agua
refrigerante (31, 62) para hacer circular agua de refrigeración a
dichos medios termointercambiadores (7) en el lado exotérmico,
y
una válvula de tres vías (61) que tiene un
orificio de entrada y orificios de salida primero y segundo,
estando conectado dicho orificio de entrada a un orificio de salida
de dicho motor (1), bifurcando dicho primer y segundo orificio de
salida los flujos de agua refrigerante, y estando conectado dicho
primer orificio de salida a dichos medios termointercambiadores (7)
en el lado exotérmico, y
una válvula de retención (64) hacia abajo de
dicho primer orificio de salida de dicha válvula de tres vías (61)
y en un conducto de derivación que se extiende hacia un conducto de
retorno a dicho motor, permitiendo dicha válvula de retención (64)
un flujo hacia dicho orificio de salida de dicha válvula de tres
vías (61), y
una válvula de cuatro vías 62) entre la salida de
dichos medios de intercambio térmico (8) para calentamiento y
pudiendo conmutarse dicho segundo orificio de salida de dicha
válvula de tres vías (60) entre una primera posición de conmutación
y una segunda posición de conmutación, dirigiendo dicha válvula de
cuatro vías (62) en la primera posición de conmutación el agua de
refrigeración que sale de dichos medios termointercambiadores (8)
mediante dicha válvula de retención (64) hacia dicho primer
orificio de salida de dicha válvula de tres vías (61) y el agua de
refrigeración de dicho segundo orificio de salida de dicha válvula
de tres vías (61) a través de dichos medios termointercambiadores
(9) en el lado endotérmico además a dicho motor en un circuito
cerrado, y dirigiendo dicha válvula de cuatro vías (62) en la
segunda posición de conmutación agua de refrigeración que sale de
dichos medios termointercambiadores (8) a través de dichos medios
termointercambiadores (9) en el lado endotérmico y además a dicho
motor (1) en un circuito cerrado.
7. Conjunto de radiador según la reivindicación
6, donde dicha válvula de cuatro vías 63) se conmuta a dicha
primera posición de conmutación cuando la temperatura del agua de
refrigeración que sale de dichos medios termointercambiadores (8)
para calefacción es más alta que la temperatura del agua de
refrigeración de dicho motor (1), y se conmuta a dicha segunda
posición de conmutación cuando la temperatura del agua de
refrigeración del motor es más alta que la temperatura del agua de
refrigeración que sale de dichos medios termointercambiadores
(8).
8. Conjunto de radiador según la reivindicación
6, donde una segunda válvula de retención (65) está dispuesta entre
dicha válvula de cuatro vías (63) y una línea de retorno a dicho
motor (1) en un conducto de derivación entre dicho segundo orificio
de salida de dicha válvula de tres vías (61) y dicho conducto de
retorno a dicho motor (1), permitiendo dicha segunda válvula de
retención (65) un flujo hacia dicho motor solamente.
9. Un conjunto de radiador para un vehículo
movido por motor refrigerado por agua, incluyendo un circuito de
calentamiento que tiene al menos un termointercambiador de
compartimiento (8) en serie con un termointercambiador auxiliar (7)
y unos medios de calentamiento eléctrico asociados con dicho
termointercambiador auxiliar (7),
donde dichos medios de calentamiento eléctrico
están constituidos por al menos un elemento Peltier (10), estando
intercalado dicho elemento Peltier (10) mediante respectivas
conexiones de transferencia de calor entre dicho
termointercambiador auxiliar (7) y un termointercambiador adicional
(9), estando dispuesto dicho termointercambiador auxiliar (7) en un
lado exotérmico y estando dispuesto dicho termointercambiador
adicional (9) en un lado endotérmico de dicho elemento Peltier
(10), instalándose dicho termointercambiador auxiliar (7) hacia
arriba de dicho termointercambiador de compartimiento (8).
10. Conjunto de radiador según la reivindicación
9, donde se ha dispuesto al menos una válvula de conmutación
multivías (32, 63) dentro de dicho circuito de calentamiento,
conectando la salida situada hacia abajo de dicho
termointercambiador de compartimiento (8) mediante dicho
termointercambiador adicional (9) a la entrada de agua de
refrigeración del motor (1) y conectando simultáneamente dicho
termointercambiador auxiliar (7) al orificio de salida de agua
refrigerante del motor (1) o conectando el orificio de salida del
motor (1) mediante dicho termointercambiador adicional (9) al
orificio de entrada del motor y simultáneamente dicho
termointercambiador auxiliar (7) a la salida situada hacia abajo de
dicho termointercambiador de compartimiento (8).
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