ES2252769T3 - Dispositivo acondicionador de aire. - Google Patents

Abstract

UN AIRE ACONDICIONADO (B) PARA UN AUTOMOVIL, QUE PRESENTA UN CIRCUITO DE REFRIGERANTE (L) CERRADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACION (D), EN EL CUAL ENTRE LAS SECCIONES (1A, 1B, 1C, 2A, 2B) SE PREVE UN COMPRESOR (K), DEL LADO DE PRESION DE ESTE UN CONDENSADOR (C), UNA UNIDAD DE REGULACION DE CAUDAL (X, O) Y UN VAPORIZADOR, Y EN EL CUAL SE INSTALA EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACION (D) UNA CARGA (S) DE UN DESECANTE (11) PARA LA EXTRACCION DE AL MENOS AGUA DEL REFRIGERANTE, ESTA CARGA DE DESECANTE (S) SE INSTALA DIRECTAMENTE EN EL INTERIOR DE AL MENOS UNA DE LA SECCIONES (1A, 1B, 1C, 2A, 2B).

Description

Dispositivo acondicionador de aire.

La invención se refiere a una instalación de aire acondicionado de la clase citada en el preámbulo de la reivindicación 1.

En las instalaciones de aire acondicionado para vehículos es preciso que al agente frigorífico se le extraiga permanentemente agua, por razones de seguridad de funcionamiento. Para esto se utiliza una carga de agente desecante expuesta al agente frigorífico en el circuito de refrigeración, por ejemplo un granulado de zeolita u otro material higroscópico similar.

En una instalación de aire acondicionado conocida por la patente US 3.175.342 A, con una válvula de expansión, se ha previsto un recipiente secador con la carga de agente desecante en el lado de alta presión del circuito. El recipiente desecante va colocado mediante soportes entre dos tramos de conducción del agente frigorífico.

En las instalaciones de aire acondicionado que trabajan con diafragma de regulación se emplea un recipiente acumulador entre tramos de conducción, que realiza funciones de separación del aceite y de acumulador intermedio, y en el que se aloja la carga de agente desecante. Para el recipiente se necesitan sujeciones independientes. En cualquier caso, para el alojamiento de la carga de agente desecante se emplea una carcasa independiente, lo que entraña un peso adicional, sujeciones y juntas propias y el espacio de instalación necesario.

También es conocida la utilización de la carga de agente desecante en una cámara colectora del condensador, generalmente dentro de una jaula de forma estable y atravesable por el flujo.

Las medidas para el alojamiento de la carga de agente desecante representan un factor de costes importante para la instalación de aire acondicionado. Los fabricantes de vehículos que montan las instalaciones de aire acondicionado vienen exigiendo constantemente un ahorro de costes, peso y espacio de instalación para los distintos componentes de la instalación de aire acondicionado. El estado de la técnica relativa a estos sistemas se encuentra en las patentes DE-A-36 06 029, DE-A-43 19 293, DE-A-4035 071 y DE-A-40 18 585. Otros ejemplos de carcasas de secador dotadas de carcasas independientes e instaladas respectivamente en un hueco dentro del sistemas de tuberías se describen en las patentes US-4.255.940 A, US-4.637.881 A y US-4.209.401 A.

La invención se plantea como objetivo simplificar la construcción de una instalación de aire acondicionado de la clase citada inicialmente, sin perjuicio del nivel usual de seguridad de funcionamiento.

El objetivo planteado se resuelve con las características de la reivindicación 1.

Sin el gasto constructivo adicional apreciable de una carcasa propia se emplea por lo menos una zona del tramo de tubería integral, de los tramos de tubería que en todo caso son necesarios para el flujo de agente frigorífico, para alojar la carga de agente desecante. Para ello se aloja la carga en el interior de un tubo o de un tubo flexible, es decir en el elemento de conducción del flujo que en cualquier caso forma parte del equipamiento normal usual de las instalaciones de aire acondicionado. En las instalaciones de aire acondicionado con válvula de expansión se ahorran el recipiente secador resistente a la presión, con sus soportes y con el espacio de instalación necesario para ello. En las instalaciones de aire acondicionado con un diafragma, la carcasa del acumulador-separador de aceite se puede realizar más pequeña y más sencilla, o incluso se puede ahorrar. En las instalaciones de aire acondicionado que llevan la carga de agente desecante en el condensador se puede diseñar el condensador con una construcción más sencilla, ligera y ahorrando espacio. En cualquier caso no se ve afectada la seguridad de funcionamiento, a pesar de la simplificación constructiva. La carga puede estar prevista en el lado de alta presión o en el lado de baja presión del circuito de tuberías de agente refrigerante. En el lado de alta presión, el agente refrigerante se encuentra al menos en su mayor parte en estado líquido, mientras que en el lado de baja presión fluye al menos en su mayor parte en estado gaseoso. El tramo de tubería utilizado por el lado de baja presión para alojamiento de la carga, eventualmente con una sección ampliada, podría realizar una función de acumulador para el vapor del agente frigorífico (que puede ser importante para el compresor) y cumplir eventualmente también una función de separador de aceite (estando por ejemplo alojado un pequeño cárter de aceite con un filtro de aspiración posterior).

De acuerdo con la reivindicación 2 se emplea de un modo especialmente beneficioso un nuevo material de plástico para el tramo de tubería donde se aloja la carga de agente desecante y que con fácil transformabilidad (fundición inyectada o extrusión) se caracteriza por su reducido peso y alta resistencia a la presión y a las temperaturas, concretamente un material termoplástico reforzado con fibras largas (designación comercial: Celstran de la Firma Hoechst AG). Se trata por ejemplo de poliamida o de polipropileno 6.6 con un 30 a un 70% en peso de fibras de vidrio con longitudes de aprox. 6 mm hasta 15 mm, preferentemente de unos 10 mm. Con este material de plástico se puede conseguir sin problemas la necesaria resistencia a la presión de reventamiento (eventualmente hasta más de 100 bar), incluso con una sección interior aumentada del tramo de tubería para alojamiento de la carga. El tramo de tubería se puede mecanizar y colocar igual que un tramo de tubería convencional.

De acuerdo con la reivindicación 3, se utiliza una sección interior grande, o incluso la más grande, para alojar la carga. Esto es importante desde el punto de vista de alojar el agente desecante en una sección relativamente grande, donde haya una velocidad de flujo reducida, dado que eventualmente puede influir en la resistencia al flujo del agente refrigerante (en consistencia líquida o gaseosa o líquida / gaseosa).

De acuerdo con la reivindicación 4, está prevista la carga en un tramo de tubería recto o curvado, dependiendo esto de dónde haya mejor espacio disponible para alojar la carga. Y es que muchas veces son precisamente los tramos de tubería curvados (tubos flexibles) los que presentan una sección mayor que los tramos rectos (tuberías).

De acuerdo con la reivindicación 5, la carga está situada en un alojamiento que mantiene reunido el agente desecante, que generalmente tiene forma de granulado, y que es conveniente por razones de almacenamiento y montaje así como durante el posicionamiento de la carga en el tramo de tubería. Si este alojamiento se coloca con ajuste prieto, entonces todo el agente refrigerante tiene que atravesar la carga. En cambio, si se ha previsto cierta holgura, entonces al menos una parte del flujo de agente refrigerante puede fluir a lo largo de la carga.

De acuerdo con la reivindicación 6, la carga está en condiciones de seguir las deformaciones del tramo de tubería condicionadas por el funcionamiento, en particular de una condición de tubo flexible, sin sufrir daños o sin detrimento de la movilidad del tramo de tubería.

Dado que los fabricantes de vehículos plantean unas exigencias relativamente rigurosas en cuanto a la pureza del agente refrigerante, incluso a lo largo de períodos de funcionamiento prolongados, es conveniente combinar con la carga, según la reivindicación 7, un filtro fino que retenga partículas en el agente refrigerante y también impurezas o partículas procedentes del agente desecante. Un tamaño de poros de 50 \mu satisface los requisitos más rigurosos de los fabricantes de vehículos. El filtro fino está formado convenientemente por lo menos por una capa o por un cuerpo moldeado de un material filtrante de plástico. El filtro fino está dispuesto de tal manera que todo el flujo de agente refrigerante tiene que atravesarlo.

De acuerdo con la reivindicación 8, el filtro fino forma al mismo tiempo un alojamiento o al menos una parte importante del alojamiento del agente desecante. Mediante el posicionamiento de la carga se asegura al mismo tiempo la posición del filtro fino y de la carga.

Alternativamente, el filtro fino está dispuesto corriente abajo de la carga, de acuerdo con la reivindicación 9.

De acuerdo con la reivindicación 10, todo el flujo de agente refrigerante pasa a través del filtro fino, mientras que eventualmente sólo una parte del flujo de agente refrigerante se conduce también a través de la carga. Esto puede ser conveniente, con vistas a lograr una resistencia al flujo lo más reducida posible en la zona de la carga.

De acuerdo con la reivindicación 11, se aprovecha la zona de conexión del tramo de tubería a una carcasa, por ejemplo al condensador, al evaporador de la unidad reguladora de caudal a un acumulador-separador de aceite, para introducir la carga en el tramo de tubería, ya que el elemento de conexión previsto usualmente en esta zona permite el acceso al interior del tramo de tubería para poder introducir y sacar la carga de forma sencilla.

Mediante los dibujos se explican formas de realización del objeto de la realización. Las figuras muestran:

Figura 1, esquemáticamente un primer tipo de instalación de aire acondicionado,

Figura 2, un segundo tipo de instalación de aire acondicionado, y

Figuras 3 a 5, secciones longitudinales a través de varias variantes de detalle de las figuras 1 y 2.

Una instalación de aire acondicionado B para un vehículo, en particular para un automóvil, que trabaja como unidad reguladora de caudal con una válvula de expansión X, lleva un circuito de refrigeración D, en el cual está previsto, en un circuito de tubería de agente refrigerante L y como fuente de accionamiento, un compresor K, que a través de un tramo de tubería 1a alimenta con agente refrigerante un condensador, desde el cual se extiende otro tramo de tubería 1b hacia la válvula de expansión X. El tramo de tubería 1b se continúa corriente abajo de la válvula de expansión X por otro tramo de tubería 1c, que desemboca en un evaporador E. Desde el evaporador E se extiende un tramo de tubería 2a también hacia la válvula de expansión X, que está prolongado mediante un tramo de tubería 2b como retorno al compresor K. Los tramos de tubería 1a, 1b, 1c están situados en el lado de alta presión del circuito de agente refrigerante D, y en cambio los tramos de tubería 2a, 2b por el lado de baja presión.

En uno de los tramos de tubería 1b, 1c, preferentemente en el tramo de tubería 1b, está dispuesta en su interior una carga de agente desecante S, convenientemente en un sector del tramo de tubería 3 que tiene la misma sección interior del tramo de tubería 1b, o en un tramo de tubería 3' que tiene una sección interior aumentada. La sección interior en el sector 3, 3' puede ser redonda o puede presentar cualquier forma de sección. En 4 se indican dispositivos de unión en el tramo de tubería 1b, por ejemplo un racor de tubo o una unión de tubo flexible, que se pueden aprovechar para colocar y sustituir la carga de agente desecante S. También se puede pensar en fabricar el tramo de tubería 1b de entrada con la carga de agente desecante S integrada.

La posición señalada de la carga de agente desecante S en el tramo de tubería 1b debe considerarse únicamente a título de ejemplo ya que la carga S podría estar prevista en un punto cualquiera del tramo de tubería 1b, o también en el tramo de tubería 1c. También es posible o conveniente el emplazamiento de la carga de agente desecante S en la conexión del tramo de tubería 1b ó 1c a la carcasa, por ejemplo del condensador, de la válvula de expansión X o incluso del evaporador E. Los tramos de tubería 1b, 1c son tubos de aleación ligera o de plástico y/o tubos flexibles de plástico reforzados (tubos flexibles hidráulicos de alta presión), que tienen un tendido recto y/o en curva. La carga del agente desecante S también podría estar dispuesta en una zona en curva.

La figura 2 se refiere a otro tipo de instalación de aire acondicionado B con un circuito de refrigerante D, que presenta en el circuito de tubería de agente frigorífico L y corriente abajo del compresor K (convenientemente de un compresor de potencia regulada o de un compresor que se pueda conectar por medio de un acoplamiento de conexión cíclica), un condensador C, y corriente abajo de éste un diafragma O como dispositivo regulador de caudal, y corriente abajo del diafragma O el evaporador E. Corriente abajo del evaporador E puede estar previsto un acumulador-separador de aceite A. Los distintos componentes van conectados en el circuito de tubería por medio de los tramos de tubería 1a, 1b, 1c y 2a, 2b, estando los tramos de tubería 1a, 1b, 1c en el lado de alta presión y los tramos de tubería 2a, 2b en el lado de baja presión. El diafragma O es un diafragma de medida que ajusta el caudal de agente refrigerante (en estado líquido) en función de la respectiva diferencia de presión. Convenientemente, está alojada en el lado de baja presión y dentro del tramo de tubería 2b, está alojada en una zona 3 una carga de agente desecante S. La zona 3 del tramo de tubería 2b puede abrirse, por ejemplo, mediante dispositivos de conexión 4 situados, por lo menos, en uno de los extremos, para colocar y retirar la carga S. La carga de agente desecante S también podría estar situada en el tramo de tubería 2a, o en una curva de este tramo de tuberías 2a (dibujado de trazos). Normalmente el refrigerante tiene esencialmente forma gaseosa en el lado de baja presión, es decir al atravesar la carga de agente desecante S. Los tramos de tubería pueden estar formados por tubos metálicos y/o tubos flexibles. En ambos tipos de instalaciones de aire acondicionado, que están representadas, algunos de los tramos de tubería pueden estar formados además por tubos rígidos y otros por tubos flexibles. La zona 3 de la figura 2 presenta la misma sección interior que el tramo de tubería 2b. Sin embargo cabe imaginar, tal como se indica en la figura 1, realizar la zona 3' con una sección interior aumentada en comparación con el tramo de tubería contiguo 2b.

La figura 3 muestra el alojamiento de la carga de agente desecante S en la zona 3, por ejemplo en un tubo metálico. El desecante está situado, por ejemplo, en forma de granulado 11 (por ejemplo granulado de zeolita) en un alojamiento 5, realizado como cartucho, por ejemplo de plástico, con varios orificios de paso redondos o a modo de ventana, 6, 7, 8. Los orificios de paso están cerrados con un material permeable, de manera que el granulado 11 no se pueda salir. Para cerrar los orificios de paso se emplea convenientemente un tejido filtrante de plástico, que en 9 (lado de afluencia) presenta un tamaño de poros uniforme y muy pequeño, de aprox. 30 \mu a 120 \mu, y sin embargo en el orificio de paso 8 un tamaño de poros considerablemente mayor (lado de salida 9'). El cartucho 10 está colocado con una junta 12, de modo que todo el flujo de agente refrigerante ha de pasar forzado a través del cartucho 10, y al atravesar el material filtrante con el tamaño de poros pequeño se encuentra con una superficie de afluencia grande, mientras que al salir a través del material filtrante 9', con el tamaño de poros grande, puede tener una superficie de afluencia menor. El material filtrante con el tamaño de poros pequeño forma un filtro fino G integrado en la carga S para retener partículas minúsculas. Para captar también las partículas desprendidas del granulado 11, antes de que sigan por el resto del circuito, se podría colocar el cartucho 10 en posición invertida (a igualdad de sentido de flujo), de manera que el agente refrigerante entre a través del orificio de paso 8 (material filtrante de poros grandes en 9'), y salga a través de los orificios de paso 7, 6. Con 10' se indican unos elementos distanciadores que sirven para posicionar el cartucho 10 en la zona 3 y que también aseguran que el cartucho 10 sea fluido por todos los lados. La junta 12, por ejemplo, al menos una junta tórica, puede servir al mismo tiempo para el posicionamiento del cartucho 10. Sin embargo cabe también imaginar el deformar ligeramente hacia el interior la pared de la zona 3 para formar un tope para el cartucho. La zona 3 podría ser también un tramo de un tubo flexible.

En la figura 4, el granulado 11 está alojado dentro de una jaula 13 de un material cualquiera, convenientemente de plástico, que está posicionado mediante los elementos distanciadores 14 en la zona 3 (tubo rígido de plástico o de aleación ligera o tubo flexible de plástico reforzado). En este caso una parte del agente frigorífico puede rodear la carga de agente desecante S. Corriente abajo de la jaula está colocado, en una posición fija, un filtro fino G, que está compuesto de un tejido filtrante 9 de reducido tamaño de poros, por ejemplo, de unas 50 \mum, y que está asegurado en posición mediante el anillo de junta 12. Con el fin de obtener una superficie de paso lo más grande posible, el filtro fino G tiene forma cónica. Cabe imaginar darle al filtro fino otra forma que también permita obtener una superficie de afluencia grande. Para asegurar en posición la jaula 13 y el filtro fino G se podría comprimir la pared de la zona 3 (delante y detrás), o se podrían utilizar elementos de sujeción (por ejemplo, anillos elásticos
expansibles).

En la figura 5, la carga de agente desecante S está dispuesta en una zona curvada 3, por ejemplo. de un tubo flexible de plástico (o de un tubo metálico). El granulado 11 está alojado en un saquito 18, que es permeable para el agente frigorífico y que impide el arrastre del granulado. La carga S forma una unidad flexible, capaz de seguir las flexiones de la zona 3. La carga S está ajustada relativamente prieta dentro de la zona 3, y está eventualmente soportada por la junta 12, que también impide que el agente frigorífico rodee la carga. Convenientemente, corriente abajo de la carga S está previsto un filtro fino que no está representado. Para el posicionamiento de la carga S, puede haber una extricción en la pared de la zona 3, por ejemplo mediante un anillo elástico 19, con el fin de formar un escalón de tope 20.

Con una línea de trazos está indicado que la zona 3 llega hasta un dispositivo de unión 4, mediante el cual el tramo de tubería va conectado a una carcasa 21 o a la parte restante del tramo de tubería 1b. La carcasa 21 es, por ejemplo, la carcasa del condensador C. El dispositivo de unión 4 puede ser un racor de unión de tubos o de tubo flexible, que va roscado, pegado o que obtiene su estanqueidad simplemente mediante prensado.

También el cartucho 10 o la jaula 13 pueden ser flexibles para poder seguir las flexiones de la zona 3 o del respectivo tramo de tubería en el que se aloje la carga. Cabe imaginar el colocar varias cargas de agente desecante S, unas inmediatamente a continuación de otras, o incluso repartidas en los tramos de tubería, o cargar el granulado para formar la carga, directamente, sin alojamiento, entre dos elementos de filtro separados, que estén posicionados en la zona 3 o en el respectivo tramo de tubería. El tramo de tubería 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 3, 3' en el que se aloja la carga S se puede inyectar o extruir con suficiente resistencia a la presión de reventamiento, especialmente para la sección interior aumentada para la carga S, de modo especialmente conveniente en un material termoplástico reforzado con fibras largas (nombre comercial: Celstran de la Firma Hoechst AG). Ejemplos de termoplásticos reforzados con fibras largas de esta clase son la poliamida 6.6 o el polipropileno 6.6, con un 30-70% en peso de fibras de vidrio, con longitudes de unos 10 mm.

Claims (11)

1. Instalación de aire acondicionado (B) para un vehículo terrestre, aéreo o acuático, en particular para un automóvil, con un circuito de refrigerante (D) que presenta un circuito de tuberías (L) de agente refrigerante cerrado, en el cual, entre los tramos de tubería (1a, 1b, 1c, 2a, 2b) a base de tubos rígidos de aleación ligera de plástico o de tubos flexibles de plástico reforzado o de elastómero, están previstos un compresor (K), a continuación de éste por el lado de presión un condensador (C), una unidad de regulación de caudal (X, O) y un evaporador (E), y con una carga (S) de un agente desecante (11) dispuesta dentro del circuito refrigerante (D) para absorber por lo menos agua del agente frigorífico, caracterizada porque la carga de agente desecante (S) está dispuesta, sin un recipiente independiente, directamente en el interior de la por lo menos una zona de un tramo de tubería (3, 3'), que por lo menos por uno de los extremos forma una misma pieza con el tramo de tubería
(1a, 1b, 1c, 2a, 2b).

2. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 1, caracterizada porque el tramo de tubería en el que se aloja la carga de agente desecante (S) es un tubo rígido de material termoplástico reforzado con fibras largas, preferentemente una poliamida o propileno 6.6 reforzada con fibras de vidrio con longitudes de aprox. 5 mm a 15 mm, preferentemente de unos 10 mm, y de un 30 a un 70% en peso, moldeado por inyección o extruido.

3. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque en el circuito de tuberías (L) de agente frigorífico se han previsto tramos de tubería (1a, 1b, 1c, 2a, 2b) con sección interior de diferente tamaño, y porque la carga de agente desecante (S) está dispuesta en un tramo de tubería con una sección interior grande o la más
grande.

4. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 1, caracterizada porque la carga de agente desecante (S) está dispuesta en un tramo de tubería recto o curvado.

5. Instalación de aire acondicionado según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la carga de agente desecante (S) está contenida dentro de un alojamiento (5), tal como un cartucho (10), una jaula (13) o un saquito (18), y porque el alojamiento (5) está dispuesto en el interior del tramo de tubería con un ajuste prieto o con una holgura (15).

6. Instalación de aire acondicionado según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la carga de agente desecante (S) forma con su alojamiento (5) un módulo de agente desecante al menos limitadamente flexible.

7. Instalación de aire acondicionado según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en el tramo de tubería que contiene la carga de agente desecante (S) está previsto adicionalmente un filtro fino (G), preferentemente con un tamaño de poros entre 50 \mu y 120 \mu.

8. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 7, caracterizada porque el filtro fino (G) forma un alojamiento (5) de la carga de agente desecante (S) al menos parcialmente o está incorporado en el alojamiento.

9. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 7, caracterizada porque el filtro fino (G) está dispuesto corriente abajo de la carga de agente desecante (S).

10. Instalación de aire acondicionado según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la carga de agente desecante (S) y el filtro fino (G) están dispuestos en el tramo de tubería de tal manera que el filtro fino esté expuesto al flujo total de agente frigorífico, y la carga de agente desecante (S) esté expuesta al menos a una parte del flujo total de agente frigorífico.

11. Instalación de aire acondicionado según la reivindicación 1, caracterizada porque la zona del tramo de tubería (3, 3') que contiene la carga de agente desecante (S) va conectada por un extremo a una carcasa (21, A) del condensador (C), del evaporador (E), de la unidad reguladora de caudal (X, O) o de un acumulador - separador de aceite.