ES2269840T3 - Sistema para el intercambio de calor. - Google Patents
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Abstract
Sistema para el intercambio de calor, especialmente para un automóvil, con: como mínimo un primer subconjunto de intercambio de calor (12a), donde este primer subconjunto (12a) de intercambio de calor tiene, como mínimo, un primer componente (13a) conectado (19a) con una fuente de corriente eléctrica (18a) y cuya temperatura se modifica en función de una corriente eléctrica que pasa a través del componente, y donde este primer subconjunto de intercambio de calor (12a) tiene, por lo menos, un segundo componente (14a) para el intercambio térmico con un fluido que circula alrededor del subconjunto de intercambio de calor, y como mínimo, un segundo subconjunto de intercambio de calor (12b), donde este segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) tiene, como mínimo, un primer componente (13b), y donde este segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) tiene, por lo menos, un segundo componente (14b) para el intercambio térmico con el fluido que circula alrededor del subconjunto de intercambio de calor, y donde las dimensiones del segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) corresponden, por lo menos parcialmente, a las dimensiones de, como mínimo, las dimensiones de estos primeros subconjuntos de intercambio de calor, y donde los subconjuntos de intercambio de calor (12a, 12b) están dispuestos en un dispositivo de alojamiento (16), donde el primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) se compone de un material con una conductividad eléctrica y térmica definida, y la temperatura del primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) en principio no se ve afectada por una corriente eléctrica que pasa a través del componente, caracterizado porque el primer y segundo subconjunto de intercambio de calor (12a, 12b) pueden combinarse de manera modular en configuraciones diferentes en el dispositivo de alojamiento (16).
Description
Sistema para el intercambio de calor.
La presente invención se refiere a un sistema
para el intercambio de calor y, particularmente, un dispositivo de
calefacción eléctrica. Tales sistemas para el intercambio de calor
se utilizan, por ejemplo, para calentar aire.
La presente invención se describe a continuación
con ayuda de un ejemplo de un dispositivo de calefacción eléctrica
para el calentamiento del espacio interior de un automóvil. Sin
embargo, se advierte que el sistema según la invención también es
adecuado para otros fines de aplicación.
Un dispositivo de calefacción eléctrica para
calentar el aire para la utilización en un automóvil se compone,
típicamente, de elementos de calefacción y conductores térmicos
eléctricos por los que pasa la corriente del aire a calentar. Como
elementos de calefacción eléctrica se utilizan, por ejemplo,
elementos de calefacción cerámicos con coeficientes de temperatura
positivos (elementos de calefacción de CTP).
El calor emitido por los elementos de
calefacción es conducido por medio de conductores térmicos,
realizados, por ejemplo, en forma de nervios ondulados o láminas y
que están dispuestos en una corriente de aire a calentar.
Se conoce el sistema de ensamblar varios de
tales elementos de calefacción y conductores térmicos para formar
un bloque de calefacción. Un bloque de calefacción de este tipo se
sujeta, normalmente, en un sistema de alojamiento en el que también
se han instalado sistemas de mando, por ejemplo en forma de
transistores de potencia o elementos eléctricos de conmutación o
mando similares. Estos elementos de mando están conectados aquí por
sistemas de conexión eléctrica con uno o varios elementos de
calefacción.
La US-A-6 124
570 revela un sistema del género para el intercambio de calor,
particularmente para un automóvil, con, como mínimo, un primer
subconjunto de intercambio de calor, donde este primer subconjunto
de intercambio de calor tiene, como mínimo, un primer componente
conectado con una fuente de corriente eléctrica y cuya temperatura
se modifica en función de una corriente eléctrica que pasa a través
del componente, y donde este primer subconjunto de intercambio de
calor tiene, como mínimo, un segundo componente para el intercambio
de calor con un fluido que circula alrededor del subconjunto de
intercambio de calor y, como mínimo, un segundo subconjunto de
intercambio de calor, donde este segundo subconjunto de intercambio
de calor tiene, como mínimo, un primer componente y donde este
segundo subconjunto de intercambio de calor tiene, como mínimo, un
segundo componente para el intercambio de calor con el fluido que
circula alrededor del subconjunto de intercambio de calor, y donde
las dimensiones del segundo subconjunto de intercambio de calor
corresponden, como mínimo, en parte a las dimensiones de, como
mínimo, uno de estos primeros subconjuntos de intercambio de calor,
y donde los subconjuntos de intercambio de calor están dispuestos
en un sistema de alojamiento, donde el primer componente del segundo
subconjunto de intercambio de calor se compone de un material con
una conductividad eléctrica y térmica definida y donde la
temperatura del primer componente del segundo subconjunto de
intercambio de calor, en principio, no se ve afectada por la
corriente eléctrica que pasa a través del componente. Dicho más
exactamente, los primeros componentes del segundo subconjunto de
intercambio de calor son canales de agua fijados / soldados en un
número determinado en el sistema de alojamiento.
El objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar un sistema para el intercambio de calor configurado de
manera que en cuanto a las características calorimétricas pueda
adaptarse de forma sencilla a la finalidad de aplicación
especificada en cada caso.
Este objetivo se alcanza con el sistema para
intercambio de calor con las características de la reivindicación
1. En las subreivindicaciones se definen desarrollos ventajosos.
De acuerdo con la reivindicación 1, un sistema
según la invención para el intercambio de calor tiene, como mínimo,
un primer subconjunto de intercambio de calor y, como mínimo, un
segundo subconjunto de intercambio de calor, configurados de manera
que es posible adaptar el sistema para intercambio de calor de forma
sencilla a la finalidad de aplicación prevista, en lo que se
refiere a la superficie de calefacción, la potencia calorífica y la
graduación de calefacción así como la distribución de la potencia
calorífica.
Objeto de las subreivindicaciones son tipos de
ejecución preferidos del sistema según la invención para el
intercambio de calor.
Un tipo de ejecución especialmente preferido de
un primer subconjunto de intercambio de calor tiene, de acuerdo con
ello, como mínimo, un primer componente que comprende, como mínimo,
un elemento de calefacción eléctrica. Este primer componente está
conectado con una fuente de corriente eléctrica. El elemento de
calefacción eléctrica del primer componente modifica aquí su
temperatura en función de la corriente eléctrica que pasa a través
del elemento de calefacción.
Con el concepto elemento de calefacción en el
sentido de la presente invención se ha de entender un elemento o un
grupo de elementos mediante los cuales se convierte la energía
eléctrica en energía térmica. Tales elementos de calefacción pueden
ser, por ejemplo, elementos de calefacción cerámicos con
coeficientes de temperatura positivos (elementos de calefacción
CTP). Sin embargo, dentro del marco de la invención también se
pueden utilizar otros elementos de calefacción, como por ejemplo
elementos de calefacción por resistencia, elementos de calefacción
de plasma o similares.
Además, el primer subconjunto de intercambio de
calor tiene, como mínimo, un segundo componente diseñado, por
ejemplo en forma de nervios ondulados o láminas, y que se compone de
un material conductivo térmicamente. Este segundo componente sirve
aquí para el intercambio de calor por medio de un fluido que circula
alrededor del subconjunto de intercambio de calor.
El fluido que circula alrededor del primer
subconjunto de intercambio de calor es, de preferencia, un fluido
en forma de gas o un fluido líquido. De especial preferencia, el
fluido que circula alrededor del primer subconjunto de intercambio
de calor, es aire que se transporta al interior del automóvil con el
fin de templar el mismo.
Además, el sistema para el intercambio de calor
tiene, como mínimo, un segundo subconjunto de intercambio de calor.
De manera similar a la del primer subconjunto de intercambio de
calor, el segundo subconjunto de intercambio de calor tiene, como
mínimo, un segundo componente, realizado, por ejemplo, en forma de
nervios ondulados o láminas, y que se compone de un material
conductivo térmicamente. El segundo componente del segundo
subconjunto de intercambio de calor sirve aquí también para el
intercambio de calor con el fluido que circula alrededor del
subconjunto de intercambio de calor.
El medio que circula alrededor del segundo
subconjunto de intercambio de calor es, de preferencia, un fluido
gaseoso o un fluido líquido. De especial preferencia, el fluido que
circula alrededor del segundo subconjunto de intercambio de calor,
es aire que se transporta al interior del automóvil con el fin de
templar el mismo.
El sistema según la invención para el
intercambio de calor se caracteriza, además, porque el segundo
subconjunto de intercambio de calor tiene un primer componente que
está hecho, al contrario que el primer componente del primer
subconjunto de intercambio de calor, de un material con una
conductividad eléctrica y térmica definida. La temperatura del
primer componente del segundo subconjunto de intercambio de calor es
aquí, en principio, independiente de una corriente eléctrica que
pasa a través de este componente.
Las dimensiones del segundo subconjunto de
intercambio de calor corresponden, por lo menos en parte, a las
dimensiones del primer subconjunto de intercambio de calor. En otro
tipo de ejecución de la presente invención, las dimensiones del
segundo subconjunto de intercambio de calor corresponden, por lo
menos en parte, a las dimensiones de varios primeros subconjuntos
de intercambio de calor adyacentes.
Para la construcción de un sistema según la
invención para el intercambio de calor, se disponen primeros y/o
segundos subconjuntos de intercambio de calor en un sistema de
alojamiento con un número de piezas y secuencia opcionales.
Según la invención, el sistema para el
intercambio de calor se caracteriza porque los subconjuntos de
intercambio de calor se combinan de manera que se puede intercambio
una cantidad de calor predeterminada entre todo el sistema para
intercambio de calor y el fluido que circula alrededor de los
subconjuntos de intercambio de calor.
La combinación de primeros subconjuntos de
intercambio de calor con segundos subconjuntos de intercambio de
calor permite la especificación de la cantidad de calor máxima a
transmitir de todo el sistema al fluido que circula alrededor de
los subconjuntos de intercambio de calor.
Según un tipo de ejecución preferido, los
primeros componentes del primer subconjunto de intercambio de calor
están dispuestos de manera que están a una distancia especificada
entre sí y a los límites exteriores del subconjunto de intercambio
de calor.
En un desarrollo preferido, los primeros
componentes de un primer subconjunto de intercambio de calor están
dispuestos de forma que, al utilizar varios subconjuntos de
intercambio de calor con un elemento de calefacción, no muestran la
misma distancia, sino que están dispuestos desplazados del primer
componente de, como mínimo, otro subconjunto de intercambio de
calor, para conseguir una mejor distribución del calor a lo largo
del bloque de calefacción completo.
Según un desarrollo preferido de la presente
invención, los primeros componentes del segundo subconjunto de
intercambio de calor, son elementos funcionales normalizados cuyas
características físicas están predefinidas de manera que éstos
conducen tanto la corriente eléctrica como la energía térmica,
aíslan la corriente eléctrica y la energía térmica, conducen
corriente eléctrica y aíslan energía térmica o aíslan corriente
eléctrica y conducen energía térmica.
En otro tipo de ejecución preferido de la
presente invención, el sistema para intercambio de calor se
caracteriza porque los subconjuntos de intercambio de calor se
combinan de forma que se puede definir la cantidad de calor,
intercambiable entre una zona parcial del sistema para intercambio
de calor y el fluido que circula alrededor de los subconjuntos de
intercambio de calor, esto independientemente de la cantidad de
calor que se puede intercambiar entre otra zona parcial del sistema
de intercambio de calor y el fluido que circula alrededor de los
subconjuntos de intercambio de calor.
De preferencia, los segundos componentes del
primer subconjunto de intercambio de calor y/o el segundo componente
del segundo subconjunto de intercambio de calor son aletas de
refrigeración que transmiten el calor desprendido por los elementos
de calefacción eléctrica, de preferencia los elementos de
calefacción CTP, y lo intercambian con el fluido que circula
alrededor de ellos, por ejemplo aire. De preferencia, estas aletas
de refrigeración son aletas de refrigeración onduladas o nervios
ondulados construidos con un material de conductividad eléctrica
y/o térmica, como por ejemplo aluminio o un material similar.
Para hacer posible una mejor transmisión de
calor entre el primer componente y el segundo componente del primer
subconjunto de intercambio de calor y/o entre el primer componente y
el segundo componente del segundo subconjunto de intercambio de
calor, en un desarrollo preferido del sistema según la invención
para el intercambio de calor, se ha previsto, como mínimo, un
tercer componente que conduce energía térmica y/o eléctrica. De
preferencia, este tercer componente se dispone entre el primer y el
segundo componente.
En un tipo de ejecución preferido, este tercer
componente es una chapa de contacto, por ejemplo de aluminio,
dispuesta entre el elemento de calefacción CTP o los elementos de
calefacción CTP y los nervios ondulados.
En un desarrollo preferido de la presente
invención, los componentes de los subconjuntos de intercambio de
calor están dispuestos de manera que contactan, de forma que se
favorece la transmisión de energía eléctrica y/o térmica.
Igual que en la disposición de los distintos
componentes de los subconjuntos de intercambio de calor, en el
sistema de intercambio de calor también se ha previsto que, como
mínimo, dos subconjuntos de intercambio contacten de acuerdo con la
forma y el modo arriba descrito, de manera que se favorece la
transmisión o bien el intercambio de energía eléctrica y/o térmica
entre los subconjuntos de intercambio de calor.
Las características físicas del primer
componente del segundo subconjunto de intercambio de calor están
definidas especialmente en un tipo de ejecución preferido del
sistema según la invención, de manera que se favorece una
transmisión de energía térmica y/o eléctrica.
En otro tipo de ejecución preferido del sistema
según la invención, las características físicas del primer
componente del segundo subconjunto de intercambio de calor están
definidas de forma que se impide una transmisión de energía térmica
y/o eléctrica.
El primer componente del segundo subconjunto de
intercambio de calor está hecho, por lo tanto, de un material que
tiene las características físicas arriba descritas y que favorece o
impide por esta razón la transmisión de energía térmica y/o
eléctrica.
Dicho material puede ser por ejemplo un material
conductivo eléctrica y térmicamente o que es esencialmente aislante
para la electricidad y el calor o que es conductivo eléctricamente y
esencialmente aislante térmicamente o que es esencialmente aislante
eléctricamente y conductivo térmicamente. Tanto el efecto aislante
térmico como también el efecto aislante eléctrico pueden estar
caracterizados con una fuerza diferente. Además, existe la
posibilidad de utilizar un material con características conductivas
eléctrica y térmicamente variables pudiéndose influir sobre estas
características por una acción sobre el material.
La conducción de una corriente eléctrica puede
realizarse aquí, por ejemplo, por el transporte de portadores
electrizados libres dentro del material del que está hecho el primer
componente del segundo subconjunto de intercambio de calor.
Un desarrollo preferido de la presente invención
se caracteriza porque la forma y la dimensión del primer componente
del segundo subconjunto de intercambio de calor (elemento funcional
normalizado) han sido seleccionadas de manera que la resistencia al
flujo que opone el primer componente del segundo subconjunto de
intercambio de calor al fluido que circula alrededor del mismo está
en una relación predeterminada con la resistencia al flujo que
opone el primer componente del primer subconjunto de intercambio de
calor al fluido que circula alrededor del mismo.
En un desarrollo del sistema según la invención,
la forma y dimensiones del primer componente del segundo
subconjunto de intercambio de calor están realizadas de manera que
oponen una resistencia al flujo definible de forma discrecional al
fluido que circula alrededor del subconjunto de intercambio de
calor.
Con una modificación de las dimensiones y de la
forma del primer componente del segundo subconjunto de intercambio
de calor es posible adaptar la resistencia al flujo de todo el
sistema para el intercambio de calor a las condiciones necesarias
para la transmisión térmica.
En un tipo de ejecución preferido del sistema
para intercambio de calor, éste tiene un dispositivo de alojamiento
que tiene, particularmente, como mínimo una primera y una segunda
ala lateral de bastidor. Dentro de este dispositivo de alojamiento,
de preferencia entre la primera y segunda ala de bastidor, se ha
dispuesto, como mínimo, un bloque de calefacción construido con uno
o varios subconjuntos de intercambio de calor.
La primera y segunda ala de bastidor están
orientadas, de preferencia, paralelamente al eje longitudinal de
los subconjuntos de intercambio de calor, sujetándose los
subconjuntos de intercambio de calor entre la primera y segunda ala
de bastidor por una fuerza que actúa esencialmente de forma
ortogonal al eje longitudinal de los subconjuntos de intercambio de
calor.
En otro tipo de ejecución, el dispositivo de
alojamiento tiene un ala de bastidor superior y/o inferior
dispuestas en los extremos longitudinales superiores y/o interiores
de los subconjuntos de intercambio de calor. De preferencia, los
subconjuntos de intercambio de calor están dispuestos en principio
dentro de la superficie de sujeción de las alas de bastidor.
Como ala de bastidor se ha de entender en el
sentido de la presente invención, un elemento o un grupo de
elementos que constituye el cierre exterior de un elemento alojado
o dispuesto entre varias alas de bastidor y que se extiende
esencialmente en el plano de los subconjuntos de intercambio de
calor.
En otro tipo de ejecución, el sistema para
intercambio de calor se caracteriza porque las alas de bastidor
laterales están unidas por un ala de bastidor superior y/o inferior
de manera que se mantienen a una distancia predeterminada entre
sí.
En otro tipo de ejecución, las alas de bastidor
superior y/o inferior están conformadas como caperuzas finales.
Como caperuza final se ha de entender, en el
sentido de la presente invención, un elemento o un grupo de
elementos que forma un cierre predeterminado del subconjunto de
intercambio de calor o del bloque de calefacción, por lo menos, en
una dirección de extensión. En el sentido de la invención, una
caperuza final está diseñada preferentemente de manera que el
bloque de calefacción encaja en la caperuza final, de preferencia,
por lo menos parcialmente, en unión positiva, o bien que la
caperuza final envuelve el bloque de calefacción o partes del
mismo.
De preferencia, las alas de bastidor se componen
de un material no conductivo eléctricamente, de preferencia un
material sintético, como por ejemplo PVC (polivinilcloruro), PE
(polietileno), PP (polipropileno), siliconas y derivados de
silicona, TPE (elastómeros termoplásticos), resinas epóxidas,
duroplásticos, teflón o análogos. En otro tipo de ejecución
preferido, las alas de bastidor están hechas de una combinación de
un material conductivo eléctricamente, como por ejemplo un metal, y
un plástico. Como metal se utiliza aquí, de preferencia, el aluminio
y aleaciones de aluminio, el titanio y aleaciones de titanio,
hierro y aleaciones de hierro, cinc y aleaciones de cinc o
similares.
Las alas de bastidor del dispositivo de
alojamiento tienen, en un tipo de ejecución especialmente preferido
del sistema según la invención, una sección transversal de perfil
hueco o de perfil conformado, de preferencia una sección
transversal en forma de U, en forma de I, en forma de L, en forma de
T, en forma de V o similar.
El sistema para intercambio de calor se
caracteriza en otro tipo de ejecución porque, como mínimo, uno de
los subconjuntos de intercambio de calor está unido con, como mínimo
un ala de bastidor. De preferencia, esta unión se fija por medio de
una conexión de enchufe, una conexión roscada, una conexión pegada,
una unión conexión y/o similar.
El dispositivo de alojamiento para el sistema
para intercambio de calor se caracteriza además, en un tipo de
ejecución preferido, porque tiene un elemento que encaja, como
mínimo, entre dos componentes de un subconjunto de intercambio de
calor y actúa así en contra de una deslocalización de los
subconjuntos de intercambio de calor o de los componentes de los
subconjuntos de intercambio de calor. Este elemento puede ser, por
ejemplo, un distanciador definido dispuesto entre dos subconjuntos
de intercambio de calor o entre dos componentes y está hecho de un
material no conductivo de manera que se impide una unión conductiva
eléctricamente entre los dos subconjuntos de intercambio de calor o
los componentes.
En otro tipo de ejecución, el sistema de
intercambio de calor se caracteriza porque el dispositivo de
alojamiento tiene una escotadura o un paso en la que engrana, como
mínimo, un componente, especialmente la chapa de contacto del
primer y/o segundo subconjunto de intercambio de calor.
Como mínimo, un componente del dispositivo de
alojamiento de un sistema para intercambio de calor puede conectarse
en otro tipo de ejecución con una parte de la carcasa de una
instalación de climatización.
En un desarrollo del sistema según la invención,
un componente del dispositivo de alojamiento puede estar realizado
en una sola pieza con la carcasa de una instalación de climatización
o estar integrado en la carcasa.
Además, como mínimo, un componente del
dispositivo de alojamiento puede tener una conexión eléctrica para
conectar el dispositivo de alojamiento, el cual a su vez puede estar
en contacto de conducción eléctrica con los subconjuntos de
intercambio de calor, con los contactos de una alimentación de
corriente eléctrica.
Si la conductividad eléctrica del primer
componente del segundo subconjunto de intercambio de calor (elemento
funcional normalizado) ha sido seleccionada de manera que una
corriente eléctrica puede pasar a través del componente, se pueden
alimentar así con corriente varios elementos de calefacción
eléctrica. Mediante una combinación de elementos funcionales
normalizados conductivos y no conductivos eléctricamente es posible
una alimentación de tensión de los elementos de calefacción en un
sistema de conexiones eléctricas definible de forma
discrecional.
En un tipo de ejecución preferido, se utiliza el
sistema para intercambio de calor en una instalación de
climatización de un automóvil para hacer posible el calentamiento
del aire interior del automóvil. Aquí, se calienta con el sistema
según la invención el aire que se introduce al interior del
vehículo. La instalación de climatización tiene, además, de
preferencia, un compresor, un condensador, un secador/colector, una
válvula de expansión y un evaporador.
En un tipo de ejecución preferido, el sistema
puede instalarse, de preferencia, en el canal de circulación del
sistema de ventilación de una instalación de climatización, donde
son adecuados para la utilización en el sistema, además de un canal
de circulación de un solo flujo, especialmente también canales de
circulación de flujos múltiples. Aquí, en otro desarrollo del
sistema según la invención, las diferentes corrientes de aire del
canal de circulación de flujos múltiples pueden calentarse de
diferente forma y modo independientes.
Un sistema según la invención para el
intercambio de calor puede utilizarse para calentar el aire
introducido al interior de un automóvil. El sistema puede
utilizarse aquí adicionalmente a los intercambiadores de calor
normalmente utilizados en un automóvil y funciona entonces hasta que
el calor del circuito de calefacción y refrigeración del automóvil
que proviene del motor de combustión sea el suficiente para
conseguir un calentamiento suficiente del aire introducido al
interior de vehículo.
En otro tipo de ejecución, el sistema según la
invención se utiliza en automóviles con un bajo consumo de
combustible, cuyo calor de combustión del motor es tan reducido que
no existe la suficiente energía térmica para el calentamiento
suficiente del espacio interior.
Además, existe la posibilidad de utilizar el
sistema según la invención en un sistema de calefacción o
refrigeración cualquiera, solo o adicionalmente a otros sistemas
para el intercambio de calor.
A continuación la invención se explica más en
detalle con ejemplos de ejecución y con ayuda de los dibujos
adjuntos.
Los dibujos muestran:
- La figura 1: una representación esquemática de
un dispositivo para intercambio de calor según el estado de la
técnica.
- La figura 2: una representación esquemática de
un sistema para intercambio de calor según la presente inven-
ción.
ción.
- La figura 3: una representación esquemática de
un primer subconjunto de intercambio de calor con un elemento de
calefacción eléctrico.
- La figura 4: una representación esquemática de
un segundo subconjunto de intercambio de calor con un elemento
funcional normalizado.
- La figura 5: una representación esquemática de
diferentes formas de configuración de elementos funcionales
normalizados.
- La figura 6: una representación esquemática de
un segundo subconjunto de intercambio de calor con canales de
circulación.
En la figura 1 se representa un sistema para el
intercambio de calor según el estado actual de la técnica. Tiene un
bloque de calefacción 1 compuesto de varios subconjuntos de
intercambio de calor 2 dispuestos en paralelo. El subconjunto de
intercambio de calor 2 tiene como primer componente, como mínimo,
una fuente de calor eléctrica en forma de un elemento de
calefacción 3a, 3b CTP en forma de banda, dispuesto entre dos
nervios ondulados 4.
Para conseguir una mejor transmisión térmica
entre los elementos de calefacción CTP 3a, 3b y los nervios
ondulados 4, un subconjunto de intercambio de calor de este tipo
tiene chapas de contacto 5 dispuestas entre el elemento de
calefacción CTP 3a, 3b y el nervio ondulado 4 y conectadas con el
elemento de calefacción CTP y el nervio ondulado en conductividad
eléctrica y térmica.
El bloque de calefacción 1 rectangular está
dispuesto en un bastidor 6 rectangular con cuatro alas de bastidor
6a, 6b, 6c, 6d y tensado en este bastidor por medio de un resorte
7.
Los elementos de calefacción CTP están
conectados con una fuente de tensión 8, cerrándose el circuito
eléctrico a través de una chapa de contacto 5, un nervio ondulado 4
y un elemento bastidor 6c. En este ejemplo de ejecución se han
conectado eléctricamente en paralelo dos subconjuntos de intercambio
de calor 2.
La figura 2 representa un tipo de ejecución
preferido según la presente invención. El bloque de calefacción
rectangular 11 está sujeto en un bastidor rectangular 16 con cuatro
alas de bastidor 16a, 16b, 16c, 16d. En un tipo de ejecución
preferido, la sección transversal de las alas de bastidor
corresponde en principio a un perfil en U.
En el tipo de ejecución según la figura 2 se ha
representado un primer subconjunto de intercambio de calor 12a, que
tiene elementos de calefacción CTP 13a, chapas de contacto 15a, 15b
y un nervio ondulado 14a. Por medio del contacto eléctrico 19a se
encuentran conectados los elementos de calefacción CTP 13a con una
fuente eléctrica
18a.
18a.
Al lado del primer subconjunto de intercambio de
calor 12a, el bloque de calefacción 11 tiene, además, un segundo
subconjunto de intercambio de calor 12b. Éste tiene, además de las
chapas de contacto 15c, 15d, así como del nervio ondulado 14b, un
primer componente 13b, el cual al contrario del primer componente
del primer subconjunto de intercambio de calor 12a no tiene ningún
elemento de calefacción.
Este primer componente 13b del segundo
subconjunto de intercambio de calor no se ve afectado en principio
por una corriente eléctrica que pasa a través del componente y no
representa ninguna fuente térmica eléctrica sino un elemento
funcional normalizado para mantener una distancia predeterminada
entre las chapas de contacto 15c, 15d y garantizar una transmisión
definida de energía entre las chapas de contacto 15c, 15d.
Mediante la selección de materiales adecuados,
se asigna a este primer componente del segundo subconjunto de
intercambio de calor 13b una conductividad eléctrica y térmica
definida.
Según el tipo de ejecución preferido de la
figura 2, no solamente se transmite energía por los nervios
ondulados 14a conectados directamente con los elementos de
calefacción CTP al aire que pasa a través del sistema, sino también
mediante los nervios ondulados dispuestos entre los elementos
funcionales normalizados 13b.
Según el tipo de ejecución aquí representado,
los subconjuntos de intercambio de calor se tensan en el bastidor
16 por medio de un resorte 17 para compensar, por ejemplo,
tolerancias de fabricación y fijar, en principio, los subconjuntos
de intercambio de calor en el bastidor.
La figura 3 muestra una representación de
detalle esquemática de un primer subconjunto de intercambio de calor
con elementos de calefacción CTP. El elemento de calefacción CTP 33
está dispuesto entre dos chapas de contacto 35a, 35b. A
continuación de estas chapas de contacto van los nervios ondulados
34a, 34b que quedan encerradas mediante otras dos chapas de
contacto 35c, 35d.
Dentro de este subconjunto de intercambio de
calor, los distintos componentes están dispuestos de manera que se
contactan de forma que se favorece un intercambio de energía térmica
y/o eléctrica.
La conexión entre los distintos componentes
puede conseguirse según la presente invención mediante unión pegada,
soldadura, soldadura blanda o la correspondiente unión de
componentes constructivos.
En la figura 4 se representa un subconjunto de
intercambio de calor sin elemento de calefacción CTP según la
presente invención. En los dos lados del elemento funcional 43
normalizado contactan dos chapas de contacto 45a, 45b quedando así
conectadas con el elemento funcional normalizado de manera que es
posible un intercambio o bien una transmisión de calor o energía
eléctrica entre las chapas de contacto 45a, 45b.
A continuación de las chapas de contacto, el
subconjunto de intercambio de calor tiene nervios ondulados 44a,
44b los cuales también están en contacto de conductividad eléctrica
y/o térmica con las chapas de contacto 45a y 45b. A continuación de
los nervios ondulados 44a, 444b van las chapas de contacto 45c, 45d
de la forma arriba indicada.
Este tipo de ejecución de un subconjunto de
intercambio de calor con un elemento funcional normalizado
representa una posible variante de un sinfín de subconjuntos de
intercambio de calor de diferentes configuraciones, debido a que se
puede variar a voluntad tanto el número de chapas de contacto como
también de nervios ondulados.
Mediante la utilización de este segundo
subconjunto de intercambio de calor en un sistema para el
intercambio de calor, es posible adaptar un bloque de calefacción
según la invención a una gama de potencias predeterminada sin tener
que modificar esencialmente, sin embargo, la configuración básica en
el sentido de las dimensiones exteriores. Así, una vez fijadas
estas dimensiones exteriores, se puede alcanzar un rango de
potencias muy grande del sistema según la invención para el
intercambio de calor.
La combinación, prácticamente discrecional, de
los subconjuntos de intercambio de calor representados en las
figuras 3 o 4 proporciona, por lo tanto, un sistema, especialmente
un sistema de construcción modular, que permite una adaptación
óptima de la superficie de calefacción, potencia de calefacción,
distribución de la potencia de calefacción y graduación de
calefacción según una correspondiente especificación.
Estas especificaciones son resultado
esencialmente de los vehículos para los cuales se van utilizar y su
correspondiente potencia térmica disponible para calentar el aire
introducido en el espacio.
También la estructura modular, es decir la
utilización de subconjuntos de intercambio de calor con elementos
funcionales normalizados y subconjuntos de intercambio de calor con
elementos de calefacción CTP, da como resultado una flexibilidad
especialmente grande del sistema utilizado. Así, por ejemplo, la
disposición definida de las fuentes térmicas o bien de los
elementos funcionales normalizados en diferentes zonas permite la
regulación separada de la temperatura de salida del fluido
circulante, como por ejemplo el aire, que se introduce al interior
del automóvil.
La figura 5 es una representación en sección de
tipos de ejecución preferidos del primer componente del segundo
subconjunto de intercambio de calor (elemento funcional
normalizado). Mediante su diferente diseño se puede ajustar a los
correspondientes requisitos de una instalación de climatización,
especialmente, la resistencia al flujo de los elementos funcionales
normalizados en cuanto al fluido que circula a través del sistema
según la invención.
Así, con el elemento funcional normalizado
representado en la figura 5 a), se puede aumentar la resistencia al
flujo en comparación con un primer componente del primer subconjunto
de intercambio de calor, y con los elementos funcionales
normalizados representados en la figura 5 c) se puede reducir la
resistencia al flujo en comparación con dicho primer
componente.
Con los elementos funcionales normalizados
representados en la figura 5 b), se consigue una resistencia al
flujo prácticamente idéntica si se compara con un primer componente
del primer subconjunto de intercambio de calor con un elemento de
calefacción CTP.
Hay que señalar que los ejemplos representados
en la figura 5 muestran un diseño posible del elemento funcional
normalizado solamente a modo de ejemplo y que el desarrollo de la
dimensión exterior en cuanto a una modificación aerodinámica con
vistas a los requisitos especificados, es en el sentido de la
presente invención.
De acuerdo con otro tipo de ejecución, según se
representa en la figura 6, el elemento funcional normalizado
también puede diseñarse de manera que puede sustituir un subconjunto
de intercambio de calor completo dentro de un bloque de
calefacción. Según este tipo de ejecución se selecciona el ancho del
primer componente de un segundo subconjunto de intercambio de calor
de manera que el ancho es, en principio, un múltiplo entero del
ancho de un solo subconjunto de intercambio de calor.
El elemento funcional normalizado tiene, además,
recorridos de corriente aerodinámicos para evitar una pérdida de
presión excesiva del fluido circulante a través del bloque de
calefacción y garantizar una mejor transmisión de calor al fluido
circulante.
Según se representa en la figura 6, un
subconjunto de intercambio de calor de este tipo tiene, como mínimo,
un elemento funcional normalizado 63 con recorridos de corriente
aerodinámicos 66, así como chapas de contacto 65a, 65b, 65c, 65d y
nervios ondulados 64a, 64b.
Los recorridos de corriente 66 están diseñados
de forma que se alcanza una caída de presión predeterminada en el
fluido circulante. Así, los recorridos de corriente pueden tener
cualquier forma geométrica deseada, teniendo en cuenta las
exigencias aerodinámicas del sistema al diseñar los recorridos de
corriente. También el número y la disposición de los recorridos de
corriente en un elemento funcional normalizado pueden seleccionarse,
en principio, libremente, y adaptarse, particularmente, a las
exigencias aerodinámicas para toda la resistencia al flujo de los
subconjuntos de intercambio de calor y del bloque de
calefacción.
Claims (26)
1. Sistema para el intercambio de calor,
especialmente para un automóvil, con:
- como mínimo un primer subconjunto de intercambio de calor (12a),
- donde este primer subconjunto (12a) de intercambio de calor tiene, como mínimo, un primer componente (13a) conectado (19a) con una fuente de corriente eléctrica (18a) y cuya temperatura se modifica en función de una corriente eléctrica que pasa a través del componente, y
- donde este primer subconjunto de intercambio de calor (12a) tiene, por lo menos, un segundo componente (14a) para el intercambio térmico con un fluido que circula alrededor del subconjunto de intercambio de calor, y
- como mínimo, un segundo subconjunto de intercambio de calor (12b),
- donde este segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) tiene, como mínimo, un primer componente (13b), y
- donde este segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) tiene, por lo menos, un segundo componente (14b) para el intercambio térmico con el fluido que circula alrededor del subconjunto de intercambio de calor, y
- donde las dimensiones del segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) corresponden, por lo menos parcialmente, a las dimensiones de, como mínimo, las dimensiones de estos primeros subconjuntos de intercambio de calor, y
- donde los subconjuntos de intercambio de calor (12a, 12b) están dispuestos en un dispositivo de alojamiento (16), donde
- el primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) se compone de un material con una conductividad eléctrica y térmica definida, y
- la temperatura del primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) en principio no se ve afectada por una corriente eléctrica que pasa a través del componente,
- caracterizado porque el primer y segundo subconjunto de intercambio de calor (12a, 12b) pueden combinarse de manera modular en configuraciones diferentes en el dispositivo de alojamiento (16).
2. Sistema para el intercambio de calor según la
reivindicación 1,
- caracterizado porque los subconjuntos de intercambio de calor (12a, 12b) han sido combinados de manera que queda especificada la cantidad de calor intercambiable entre todo el sistema y el fluido que circula alrededor de los subconjuntos de intercambio de calor.
3. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el primer componente (13a) del primer subconjunto de intercambio de calor (12a) tiene, como mínimo, un elemento de calefacción con un coeficiente de temperatura positivo (elemento de calefacción CTP).
4. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el segundo componente (14a) del primer subconjunto de intercambio de calor (12a) y/o el segundo componente (14b) del segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) tienen aletas de refrigeración, de preferencia aletas onduladas de refrigeración, de preferencia nervios ondulados de un material de conductividad eléctrica y/o térmica.
5. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el primer subconjunto de intercambio de calor (12a) y/o el segundo subconjunto de intercambio de calor (12b) tiene, como mínimo, un tercer componente (15a, 15b) que conduce la energía térmica y/o eléctrica.
6. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el tercer componente (15a) del primer subconjunto de intercambio de calor (12a) está dispuesto entre el primer (13a) y el segundo componente (14a) del primer subconjunto de intercambio de calor y/o el tercer componente (15c) del segundo subconjunto de intercambio de calor está dispuesto entre el primer (13b) y el segundo componente (14b) del segundo subconjunto de intercambio de calor.
7. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque los componentes del primer subconjunto de intercambio de calor y/o los componentes del segundo subconjunto de intercambio de calor están en contacto entre sí.
8. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo, están en contacto dos subconjuntos de intercambio de calor.
9. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones 5 y 6,
- caracterizado porque el contacto de los componentes de los subconjuntos de intercambio de calor y/o el contacto de los subconjuntos de intercambio de calor favorece el intercambio de energía térmica y/o eléctrica.
10. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque las características físicas del primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio de calor favorece una transmisión de energía térmica y/o eléctrica.
11. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque las características físicas del primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio térmico inhiben la transmisión de energía térmica y/o eléctrica.
12. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio de calor está realizado de manera que la resistencia al flujo que opone el primer componente (13b) del segundo subconjunto de intercambio de calor al fluido que circula alrededor del mismo, está en una relación predeterminada con la resistencia al flujo que opone el primer componente (13a) del primer subconjunto de intercambio de calor al fluido que circula alrededor del mismo.
13. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el dispositivo de alojamiento tiene, como mínimo, una primera ala de bastidor (16b) lateral y, como mínimo, una segunda ala de bastidor (16d) lateral, donde los primeros y/o segundos subconjuntos de intercambio de calor (12a, 12b) quedan sujetos dentro de la superficie formada por la primera y segunda ala de bastidor.
14. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el dispositivo de alojamiento tiene, como mínimo, un ala de bastidor superior (16a) y, como mínimo, un ala de bastidor (16c) inferior, donde los primeros y/o segundos subconjuntos de intercambio de calor (12a, 12b) quedan sujetos dentro de la superficie formada por el ala de bastidor superior e inferior.
15. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque los primeros y/o segundos subconjuntos de intercambio de calor (12a, 12b) quedan sujetos por una fuerza que actúa esencialmente de manera ortogonal al eje longitudinal de los subconjuntos de intercambio de calor.
16. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque la primera ala de bastidor (16b) lateral está unida con la segunda ala de bastidor (16d) lateral por, como mínimo, una de las alas de bastidor (16a) superiores y/o, como mínimo, una de las alas de bastidor (16c) inferiores de manera que la primera ala lateral de bastidor y la segunda ala lateral de bastidor se sujetan con una distancia determinable entre sí.
17. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo, un ala de bastidor superior (16a) y/o un ala de bastidor inferior (16c) está diseñada como caperuza final.
18. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo, un ala de bastidor, de preferencia el ala de bastidor superior y el ala inferior, están hechas de un material no conductivo eléctricamente, de preferencia de plástico.
19. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo un ala de bastidor del conjunto de bastidor tiene una sección transversal de perfil hueco o con un perfil conformado, de preferencia una sección transversal en forma de U, en forma de C, en forma de I, en forma de T, en forma de L.
20. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo, un primer y/o segundo subconjunto de intercambio de calor (12a, 12b) está conectado (19b) con, como mínimo un ala de bastidor, de preferencia por, como mínimo, una conexión de enchufe, una conexión de rosca, una conexión pegada, una conexión soldada y/o de forma similar.
21. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el dispositivo de alojamiento (16) tiene, por lo menos, un elemento que tiene, como mínimo, un resalte que encaja, como mínimo, entre dos componentes del primer y/o segundo subconjunto de intercambio de calor.
22. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque el dispositivo de alojamiento (16) tiene, como mínimo, una escotadura y/o un paso en la/el que encaja, como mínimo, un componente del primer y/o segundo subconjunto de intercambio de calor.
23. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo, un componente del dispositivo de alojamiento (16) está conectado con una parte de carcasa de una instalación de climatización.
24. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo un componente del dispositivo de alojamiento (16) está realizado en una pieza con una carcasa de una instalación de climatización.
25. Sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores,
- caracterizado porque como mínimo un componente del dispositivo de alojamiento (16) tiene una conexión eléctrica.
26. Sistema para refrigerar o calentar aire,
especialmente para un automóvil con recorridos para la corriente de
aire, elementos de mando de la corriente de aire y, como mínimo, un
sistema de circulación de aire y una carcasa, preparada para
alojar, como mínimo un sistema para el intercambio de calor según,
como mínimo, una de las reivindicaciones anteriores o en el
interior de la cual se ha dispuesto un sistema de este tipo para el
intercambio de calor.
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