ES2299226T3 - Dispositivo de climatizacion de vehiculo que utiliza un fluido refrigerante en estado supercritico. - Google Patents
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Abstract
EL FLUIDO REFRIGERANTE CO 2 COMPRIMIDO A UNA PRESION SUPERCRITICA POR EL COMPRESOR (4) SE ENVIA POR UNA VALVULA DE TRES VIAS (22), O BIEN EN UNA RAMA (2), QUE CONTIENE UN REFRIGERADOR (8), UN REDUCTOR DE PRESION (10) Y UN EVAPORADOR (11) PARA REFRIGERAR EL HABITACULO O BIEN, EN UNA RAMA (3) QUE CONTIENE UN REDUCTOR DE PRESION (25) Y UN INTERCAMBIADOR DE CALEFACCION (26) PARA CALENTAR EL HABITACULO.
Description
Dispositivo de climatización de vehículo que
utiliza un fluido refrigerante en estado supercrítico.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La invención se refiere a un dispositivo de
climatización, en particular, de la cabina de un vehículo, que
incluye una primera rama de circuito de fluido refrigerante que
contiene un compresor susceptible de recibir el fluido en estado
gaseoso y de comprimirlo hasta a una presión supercrítica, y una
segunda rama que contiene un primer intercambiador de calor
susceptible de enfriar el fluido comprimido por el compresor, a una
presión sensiblemente constante, transfiriendo el calor a un primer
medio exterior, un primer regulador de presión susceptible de
reducir la presión del fluido que sale del primer intercambiador de
calor para llevarlo, por lo menos en parte, al estado líquido y un
evaporador susceptible de hacer pasar el fluido del estado gaseoso
al estado líquido procedente del primer regulador de presión, a una
presión sensiblemente constante, tomando el calor de un segundo
medio exterior para enfriar el espacio que debe climatizarse,
aspirándose el fluido así vaporizado a continuación por el
compresor, incluyendo además el circuito una tercera rama dispuesta
en paralelo con la segunda rama y que contiene un segundo regulador
de presión y un segundo intercambiador de calor susceptible de
transferir el calor del fluido refrigerante a un segundo medio
exterior para calentar dicho espacio, previendo medios para hacer
circular el fluido a elección en un bucle de climatización formado
por la primera y segunda ramas o en un bucle de climatización
formado por las primeras y terceras ramas.
Se describen dispositivos de este tipo, por
ejemplo, en los documentos
WO-A-93/06423,
US-A-5 245 836 y
US-A-5 291 941. El fluido
refrigerante utilizado en estos dispositivos es típicamente el
dióxido de carbono CO_{2}.
Cuando no se quiere enfriar, sino calentar el
aire que debe enviarse en la cabina de un vehículo, se utiliza
habitualmente el calor producido por el motor de accionamiento, por
ejemplo haciendo pasar el aire en contacto con un radiador de
calefacción atravesado por un fluido de enfriamiento del motor.
Cuando el motor está frío no se le puede extraer
el calor para la calefacción de la cabina, lo que retrasa el
momento en que éste se encuentra a la temperatura deseada y
perjudica pues a la comodidad de los usuarios. En algunos casos, el
líquido de refrigeración nunca alcanza durante el trayecto una
temperatura suficientemente elevada para garantizar la comodidad
térmica en la cabina.
Para acelerar la puesta en temperatura de la
cabina, se puede recurrir a dispositivos suplementarios que
comprenden, en particular, quemadores o radiadores eléctricos, que
implican inversiones importantes.
El objetivo de la invención es permitir una
calefacción rápida de la cabina cuando el motor está frío, o
completar la cantidad de calor insuficiente que proporciona, sin
recurrir a medios específicos costosos.
La invención contempla, en particular, un
dispositivo del tipo definido en la introducción, y que prevé que
dicho circuito incluya por lo menos un intercambiador de calor
interno susceptible de permitir el intercambio de calor entre una
sección de la primera rama situada antes del compresor y, una
sección de la segunda rama situada entre el primer intercambiador
de calor y el primer regulador de presión, o una sección de la
tercera rama situada antes del segundo intercambiador de calor.
Se describen características opcionales de la
invención, complementarias o alternativas, a continuación:
- El segundo regulador de presión está dispuesto
antes del segundo intercambiador de calor.
- El segundo regulador de presión está dispuesto
después del segundo intercambiador de calor.
- Un primer captador de presión está dispuesto
en la primera rama después del compresor.
- Un segundo captador de presión está dispuesto
en la segunda rama entre el primer intercambiador de calor y el
primer regulador de presión.
- Una válvula antirretorno está dispuesta en la
segunda rama después del evaporador.
- Dichas secciones de la primera, segunda y
tercera ramas contienen respectivamente las tres vías de un
intercambiador de calor interno de tres vías.
- Dichas secciones de la primera y segunda ramas
contienen respectivamente las dos vías de un primer intercambiador
de calor interno de dos vías, y dichas secciones de la primera y
tercera ramas contienen respectivamente las dos vías de un segundo
intercambiador de calor interno de dos vías.
- Dicha sección de la tercera rama se sitúa
después del segundo regulador de presión.
- Dicha sección de la tercera rama se sitúa
antes del segundo regulador de presión.
- Un tercer regulador de presión está dispuesto
en la tercera rama antes de dicha sección de la tercera rama.
- Dicha sección de la segunda rama se sitúa
antes del segundo captador de presión.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- Dicho segundo medio exterior es un flujo de
aire destinado enviarse a dicho espacio.
- El evaporador y el segundo intercambiador de
calor están dispuestos en serie en este orden en el trayecto de
dicho flujo de aire.
- Una fuente de calor exterior al circuito de
fluido refrigerante está dispuesta en el trayecto de dicho flujo de
aire después del segundo intercambiador de calor.
- Una fuente de calor exterior al circuito de
fluido refrigerante está dispuesta en el trayecto de dicho flujo de
aire entre el evaporador y el segundo intercambiador de calor.
- Algunos medios están previstos para hacer
variar la potencia térmica transmitida del segundo intercambiador
de calor al segundo medio exterior.
- Dichos medios para hacer variar la potencia
térmica comprenden medios de ajuste del segundo regulador de
presión y/o del tercer regulador de presión.
- Dichos medios para hacer variar la potencia
térmica comprenden medios de ajuste de la cilindrada o la velocidad
del compresor.
- Un depósito 13 está dispuesto en el circuito
de climatización antes del compresor (4).
Las características y ventajas de la invención
se expondrán más en detalle en la siguiente descripción,
refiriéndose a los dibujos adjuntos, donde los elementos idénticos o
similares son designados en todas las figuras con los mismos
números de referencia.
Las figuras 1 a 4 son representaciones
esquemáticas parciales de cuatro modos de realización de un
dispositivo de climatización de la cabina de un vehículo
automóvil.
En la presente descripción, la expresión
"dispositivo de climatización" designa un dispositivo que
permite regular la temperatura de un espacio tal como la cabina de
un vehículo, o extrayendo calor, o aportando calor, según las
necesidades. Cada uno de los dispositivos representados incluye un
circuito de fluido refrigerante que comprende tres ramas 1, 2 y 3,
formando las ramas 1 y 2 un bucle llamado de climatización, que
sirve para extraer el calor de la cabina, y formando las ramas 1 y
3 un bucle de calefacción, que sirve para aportar calor a la
cabina. Este circuito está previsto para hacer circular un fluido
refrigerante, en particular, CO_{2}, de parte y de otro de la
presión crítica.
Se describirá en primer lugar de manera breve el
bucle de climatización, que es prácticamente idéntico en los cuatro
dispositivos y que se conoce por sí mismo. Este bucle incluye un
compresor 4, que en los ejemplos representados es de cilindrada
variable, no siendo esta particularidad restrictiva. El compresor 4
va seguido de un separador de aceite 5, a partir del cual el aceite
es llevado al compresor por una línea de retorno 6 provista de un
regulador de presión 7. Un intercambiador de calor 8 permite
transferir a un flujo de aire F1 una parte del calor almacenado por
el fluido refrigerante después de su compresión por parte del
compresor 4. Después del intercambiador 8 está dispuesta una vía 9
de un intercambiador de calor interno E que permite un enfriamiento
suplementario del fluido. La vía 9 va seguida de un regulador de
presión 10, a continuación por un evaporador 11 que es barrido por
un flujo de aire F2 destinado a enviarse a la cabina del vehículo.
Una válvula antirretorno 12 se conecta a la salida del evaporador, y
envía el fluido al depósito 13 provisto de una línea de retorno de
líquido 14. El depósito 13 impide que el fluido refrigerante en
estado líquido se introduzca en el compresor (4). Por otra parte,
el depósito 13 constituye una reserva de fluido que permite
compensar las variaciones de carga en el circuito de refrigerante.
El fluido en estado gaseoso que deja el depósito 13 pasa a una vía
15 del intercambiador de calor interno E, a contracorriente de la
circulación en la vía 9, antes de volver al compresor 4.
También de una manera conocida, un radiador de
calefacción 20, recorrido por el fluido de refrigeración del motor
de accionamiento del vehículo, está dispuesto después del evaporador
11 en el flujo de aire F2, el cual se produce mediante un grupo
motoventilador 21.
Según la invención, una válvula de tres vías 22
está dispuesta en el cierre de climatización, entre el separador de
aceite 5 y el intercambiador de calor 8, pudiendo ser controlada la
válvula 22 de manera que debe enviarse el fluido comprimido a una
rama 3, que consigue un punto de unión 23 situado entre la válvula
antirretorno 12 y el depósito 13. La rama 1 antes citada va desde el
punto 23 en la válvula 22, pasando por el depósito 13, la vía 15,
el compresor 4 y el separador 5, y la rama 2 va desde la válvula 22
en el punto 23 pasando por el intercambiador de calor 8, la vía 9,
el regulador de presión 10, el evaporador 11 y la válvula 12.
En el modo de realización según la figura 1, el
intercambiador de calor interno E es un intercambiador de tres
vías, que permite el intercambio de calor entre la vía 15 y, la vía
9 o una tercera vía 24 dispuesta en la rama 3 para ser recorrida
por el fluido a contracorriente de la circulación en la vía 15. La
vía 24 está seguida, en la rama 3, por un regulador de presión 25,
y a continuación por un intercambiador de calor 26 dispuesto en el
trayecto del flujo de aire F2, entre el evaporador 11 y el radiador
20. La salida del intercambiador 26 se conecta en el punto de unión
23.
Tal como se indica anteriormente, la válvula de
tres vías 22 puede accionarse de manera que debe hacerse circular
el fluido refrigerante o en las ramas 1 y 2, es decir, en el cierre
de climatización, funcionando entonces el circuito de manera
conocida para enfriar la cabina, o en las ramas 1 y 3, es decir, en
el bucle de calefacción, ya que entonces se transfiere el calor del
fluido refrigerante al flujo de aire F2 por el intercambiador de
calor 26 para calentar la cabina.
El circuito de fluido refrigerante representado
en la figura 2 difiere del descrito en relación con la figura 1 en
que el regulador de presión 25 de la rama 3 está sustituido por dos
reguladores de presión 30 y 31 dispuestos respectivamente antes de
la vía 24 del intercambiador de calor E y después del intercambiador
de calor 26. Además, el radiador de calefacción 20 se interpone
entre el evaporador 11 y el intercambiador de calor 26 sobre el
trayecto del flujo de aire F2, en lugar de estar después del
intercambiador 26.
El dispositivo de la figura 3 difiere del
dispositivo de la figura 2 en que la tercera vía 24 del
intercambiador de calor E se suprime, y en que está previsto un
segundo intercambiador de calor interno de dos vías E', de las
cuales una vía 32 está dispuesta en la rama 1, entre la vía 15 del
intercambiador E y el compresor 4, y la otra vía 33 está dispuesta
en la rama 3 de la misma manera que la vía 24, de tal manera el
fluido circula a contracorriente en la dirección de la circulación
hacia la vía 32.
El dispositivo de la figura 4 comprende unos
intercambiadores de calor E y E' similares a los de la figura 3, un
circuito de aire F2 similar al de la figura 1 y un regulador de
presión 30 similar al de las figuras 2 y 3. No obstante, este
regulador de presión está solo en la rama 3, dado que se suprimió el
regulador de presión 31.
En todos los modos de realización, un captador
de presión 40 está dispuesto en la rama 1, entre el separador de
aceite 5 y la válvula de tres vías 22. En las figuras 1, 3 y 4,
segundo captador de presión 41 está dispuesto en la rama 2, entre
la vía 9 del intercambiador E y el regulador de presión 10. La
potencia del bucle de climatización puede accionarse utilizando el
captador 41, si existe, o el captador 40. Este último puede
utilizarse en todos los casos para accionar la potencia del bucle de
calefacción. El comando del cierre de climatización puede
efectuarse de una manera conocida, actuando sobre la cilindrada o
sobre la velocidad del compresor 4, o sobre el regulador de presión
10 según la invención, el comando del bucle de calefacción puede
efectuarse actuando sobre la cilindrada o la velocidad del
compresor, o sobre el o los reguladores de presión 25, 30, 31.
Los dispositivos mostrados representan solamente
algunos ejemplos de las múltiples posibilidades que resultan de
todas las combinaciones realizables de estas características
descritas, tales como:
- la presencia de un único regulador de presión
o de dos reguladores de presión en la rama 3, y la posición del
único regulador de presión respecto al intercambiador de calor
26;
- la presencia o no de un captador de presión en
la rama 2;
- la utilización de un intercambiador de calor
interno de tres vías, o de dos intercambiadores internos de dos
vías;
- la disposición del radiador de calefacción
antes o después del intercambiador de calor 26.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es solamente para conveniencia del lector. No forma
parte del documento de patente europea. Aunque se ha tomado la
máximo cuidado en la recopilación de las referencias, no se pueden
excluir errores u omisiones y la OEP se descarga de cualquier
responsabilidad en este aspecto.
\bullet WO 9306423 A [0002]
\bullet US 5245836 A [0002]
\bullet US 5291941 A [0002]
Claims (20)
1. Dispositivo de climatización, que comprende
una primera rama (1) de circuito de fluido refrigerante que
contiene un compresor (4) susceptible de recibir el fluido en el
estado gaseoso y de comprimirlo hasta una presión supercrítica, y
una segunda rama (2) que contienen un primer intercambiador de calor
(8) susceptible de enfriar el fluido comprimido por el compresor, a
una presión sensiblemente constante, transfiriendo el calor a un
primer medio exterior (F1), un primer regulador de presión (10)
susceptible de reducir la presión del fluido que sale del primer
intercambiador de calor para conducirlo, por lo menos en parte, al
estado líquido, y un evaporador (11) susceptible de hacer pasar al
estado gaseoso el fluido en estado líquido proveniente del primer
regulador de presión, a una presión sensiblemente constante, tomando
el calor de un segundo medio exterior (F2) para enfriar el espacio
que debe climatizarse, aspirándose el fluido así vaporizado a
continuación por el compresor (4), incluyendo el circuito además
una tercera rama (3) dispuesta en paralelo con la segunda rama y
conteniendo un segundo regulador de presión (25) y un segundo
intercambiador de calor (26) susceptibles de transferir el calor
del fluido refrigerante a dicho segundo medio exterior (F2) para
calentar dicho espacio, previendo medios (22) para hacer circular
el fluido a elección en un bucle de climatización (1, 2) formado
por la primera y la segunda ramas o en un bucle de calefacción (1,
3) formado por la primera y la tercera ramas, caracterizado
por el hecho de que dicho circuito incluye por lo menos un
intercambiador de calor interno (E) susceptible de permitir el
intercambio de calor entre una sección de la primera rama situada
antes del compresor y, una sección de la segunda rama situada entre
el primer intercambiador de calor y el primer regulador de presión
o una sección de la tercera rama situada antes del segundo
intercambiador de calor.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el segundo regulador de
presión (25) está dispuesto antes del segundo intercambiador de
calor (26).
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el segundo regulador de
presión (31) está dispuesto después del segundo intercambiador de
calor (26).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que un primer
captador de presión (40) está dispuesto en la primera rama después
del compresor.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que un segundo captador de
presión (41) está dispuesto en la segunda rama entre el primer
intercambiador de calor y el primer regulador de presión.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que una válvula
antirretorno (12) está dispuesta en la segunda rama después del
evaporador.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado por el hecho de que dichas secciones de
la primera, segunda y tercera ramas contienen respectivamente las
tres vías (15, 9, 24) de un intercambiador de calor interno de tres
vías (E).
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado por el hecho de que dichas secciones de
la primera y segunda ramas contienen respectivamente las dos vías
(15, 9) de un primer intercambiador de calor interno de dos vías
(E) y por el hecho de que dichas secciones de la primera y tercera
ramas contienen respectivamente las dos vías (32, 33) de un segundo
intercambiador de calor interno de dos vías (E').
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 8, adjunta a la reivindicación 2, caracterizado por el
hecho de que dicha sección (24) de la tercera rama se sitúa después
del segundo regulador de presión (30).
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 8, adjunta a la reivindicación 2,
caracterizado en lo que dicha sección (24) de la tercera
rama se sitúa previamente el segundo regulador de presión (25).
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 8, adjunta a la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que un tercer regulador de
presión (30) está dispuesto en la tercera rama previamente dicha
sección (24) de la tercera rama.
12. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 11, adjunta a la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que dicha sección (9) de la
segunda rama se sitúa antes del segundo captador de presión
(41).
13. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que dicho segundo medio exterior es un flujo de aire (F2) destinado
a enviarse en dicho espacio.
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado por el hecho de que el evaporador (11) y el
segundo intercambiador de calor (26) están dispuestos en serie en
este orden en el trayecto de dicho flujo de aire (F2).
15. Dispositivo según la reivindicación 14,
caracterizado por el hecho de que una fuente de calor (20)
exterior al circuito de fluido refrigerante está dispuesta en el
trayecto de dicho flujo de aire (F2) después del segundo
intercambiador de calor.
16. Dispositivo según la reivindicación 14,
caracterizado por el hecho de que una fuente de calor (20)
exterior al circuito de fluido refrigerante está dispuesta en el
trayecto de dicho flujo de aire (F2) entre el evaporador y el
segundo intercambiador de calor.
17. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que están previstos medios para hacer variar la potencia térmica
transmitida del segundo intercambiador de calor (26) a dicho segundo
medio exterior (F2).
18. Dispositivo según la reivindicación 17,
caracterizado por el hecho que dichos medios para hacer
variar la potencia térmica comprenden medios de ajuste del segundo
regulador de presión (25, 30) y/o del tercer regulador de presión
(31).
19. Dispositivo según la reivindicación 17,
caracterizado por el hecho de que dichos medios para hacer
variar la potencia térmica comprenden medios de ajuste de la
cilindrada o la velocidad del compresor (4).
20. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que un depósito (13) está
dispuesto en el circuito de fluido refrigerante antes del compresor
(4).
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