ES2309411T3 - Circuitos de climatizacion de vehiculos a motor. - Google Patents

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ES2309411T3 ES04005882T ES04005882T ES2309411T3 ES 2309411 T3 ES2309411 T3 ES 2309411T3 ES 04005882 T ES04005882 T ES 04005882T ES 04005882 T ES04005882 T ES 04005882T ES 2309411 T3 ES2309411 T3 ES 2309411T3
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Abstract

Instalación de climatización para un vehículo a motor, provista de un circuito (10) de fluido frigorígeno supercrítico que comprende un compresor (14), un refrigerador de gas (11) de longitud total dada (L), un elemento de expansión (12) y un evaporador (13), recibiendo el refrigerador de gas un flujo de aire (16) que pasa por un grupo motoventilador, comprendiendo la instalación por otro lado un dispositivo electrónico de control (401) destinado a funcionar de manera recíproca con el circuito de fluido frigorígeno (10) para estimar una magnitud relativa al fluido frigorígeno (m CO2) a partir de temperaturas relativas al refrigerador de gas, caracterizada por el hecho de que dicho dispositivo electrónico de control (401) comprende una función de cálculo que utiliza dos divergencias de temperaturas relativas al refrigerador de gas, por lo menos una de las cuales está basada en la temperatura del fluido frigorígeno (T gex) en un punto intermedio elegido del refrigerador de gas (x).

Description

Circuitos de climatización de vehículos a motor.
La invención se refiere a circuitos de climatización de vehículos a motor.
En los vehículos a motor clásicos, el compresor del circuito de climatización es accionado por el motor y consume por lo tanto una parte de la potencia del motor. La potencia absorbida por el compresor, cuando está en marcha, disminuye el rendimiento del motor, y en consecuencia, aumenta el consumo de combustible y la contaminación generada por los gases de escape del vehículo. Este inconveniente es en particular molesto para los compresores mecánicos de control externo, cuya utilización está generalizada.
Por otra parte, en realizaciones existentes, el calculador de inyección del vehículo no dispone del valor instantáneo de la potencia realmente absorbida por el compresor y elige pues, para el funcionamiento del compresor, parámetros de inyección por defecto que corresponden al valor máximo de la potencia absorbida, valor que raramente se alcanza en la práctica.
Por consiguiente, una solución para optimizar el rendimiento del motor consiste en estimar el valor instantáneo de esta potencia realmente absorbida por el compresor. El conocimiento de esta información puede permitir entonces adaptar los parámetros de inyección del motor a las necesidades reales.
La solicitud de patente francesa nº. 01 16568, que se considera como el antecedente más cercano, propone una instalación de climatización susceptible de estimar la producción de un fluido frigorígeno subcrítico en un circuito de climatización para calcular la potencia instantánea absorbida por el compresor a partir de esta estimación.
La instalación descrita en la solicitud de patente francesa nº. 01 16568 comprende elementos de medida que permiten establecer valores relativos a la temperatura del flujo de aire exterior a la entrada del condensador y a la presión del fluido frigorígeno en la salida del compresor. La instalación comprende además una tarjeta electrónica que aplica una ecuación para calcular una estimación de la producción de fluido frigorígeno en el circuito de climatización a partir de los valores de la temperatura del flujo de aire exterior soplado a la entrada del condensador, y de la alta presión.
La estimación de la producción de fluido frigorígeno propuesta por esta instalación se adapta mal a los fluidos supercríticos, y no permite estimar su producción con una precisión satisfactoria.
La utilización de los fluidos frigorígenos supercríticos, tal como el CO2, se desarrolló en los circuitos de climatización de los vehículos para limitar los efectos dañinos de los fluidos frigorígenos sobre el medio ambiente. Los fluidos frigorígenos supercríticos poseen, en efecto, un potencial de recalentamiento del planeta claramente inferiores al de los fluidos frigorígenos subcríticos, tal como los compuestos fluorados.
Un circuito de climatización que utiliza un fluido supercrítico comprende un compresor, un refrigerador de gas ("gas cooler"), un intercambiador térmico interno, un elemento de expansión y un evaporador, recorridos, en este orden, por el fluido frigorígeno. En tal circuito, el enfriamiento del fluido después de la compresión no implica un cambio de fase. El fluido no pasa al estado líquido hasta el transcurso de la expansión. Esta propiedad de los fluidos supercríticos no permite utilizar la instalación de la solicitud de patente nº. 01 16568 para estimar la producción de fluido supercrítico y la potencia consumida por el compresor.
Es pues, un objetivo de la invención proponer una instalación de climatización que permita estimar la producción de un fluido frigorígeno supercrítico, con una precisión satisfactoria.
Es otro objetivo de la invención proporcionar tal estimación de la producción de fluido frigorígeno supercrítico a partir de magnitudes representativas del funcionamiento del refrigerador de gas.
A este efecto, la invención propone una instalación de climatización para vehículos a motor, provista de un circuito de fluido frigorígeno supercrítico que comprende un compresor, un refrigerador de gas de longitud total dada, un elemento de expansión y un evaporador, recibiendo el refrigerador de gas un flujo de aire que pasa por un grupo motoventilador. La instalación comprende además un dispositivo electrónico de control destinado a operar recíprocamente con el circuito de fluido frigorígeno, para estimar una magnitud relativa al fluido frigorígeno a partir de las temperaturas relativas al refrigerador de gas. Ventajosamente, el dispositivo electrónico de control comprende una función de cálculo que utiliza dos divergencias de temperatura, estando basada por lo menos una de las mismas en la temperatura del fluido frigorígeno en un punto intermedio elegido del refrigerador de gas.
Según una característica de la invención, el punto intermedio elegido se sitúa a una distancia de la entrada del refrigerador de gas, incluida entre un 5% y un 35% de la longitud total del refrigerador de gas.
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Según otra característica de la invención, las dos divergencias de temperatura además se fundan sobre:
- la temperatura del fluido frigorígeno a la entrada del refrigerador de gas,
- la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas.
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En un modo de realización particular, la magnitud relativa al fluido frigorígeno es la producción de la masa del fluido frigorígeno.
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Según este modo de realización particular, las dos divergencias de temperaturas utilizadas por la función de cálculo comprenden:
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno a la entrada del refrigerador de gas y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas;
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas.
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La invención propone también un procedimiento de estimación de la producción de la masa de un fluido frigorígeno supercrítico que circula en un circuito de climatización, comprendiendo dicho circuito un compresor, un refrigerador de gas de longitud total dada, un elemento de expansión y un evaporador, recibiendo el refrigerador de gas un flujo de aire que pasa por un grupo motoventilador. Ventajosamente, el procedimiento comprende las etapas siguientes, por un valor inicial dado de la producción de la masa del fluido frigorígeno:
1. a) calcular:
- una estimación de la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno a la entrada del refrigerador de gas y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas;
- una estimación de la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas;
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2. b) calcular una magnitud de salida, a partir de una magnitud de entrada y los valores proporcionados por la etapa a);
3. c) determinar si la divergencia entre la magnitud de salida calculada en la etapa b) y la magnitud de entrada es inferior a un valor de límite máximo predefinido.
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En particular, la magnitud de entrada comprende el valor inicial de la producción de fluido frigorígeno, en la primera iteración de la etapa a).
Según un aspecto de la invención, las etapas a) a c) se repiten con una magnitud de entrada igual a la magnitud de salida calculada en la etapa c) anterior, si no se comprueba la etapa c).
Según otro aspecto de la invención, la magnitud de salida comprende el valor de la producción de la masa de fluido frigorígeno, si se comprueba la etapa c).
La invención cubre también un paquete de medidas, que pueden definirse como que comprenden las funciones aplicadas para estimar la producción de fluido frigorígeno.
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Otras características y ventajas de la invención se harán evidente a partir del examen de la descripción enumerada a continuación, y de los dibujos adjuntos, en los cuales:
- la figura 1a es un esquema de un circuito de climatización de un vehículo automóvil a motor, que funciona con un fluido supercrítico,
- la figura 1b es un esquema de una instalación de climatización de un vehículo automóvil a motor, según la invención,
- la figura 2 es un diagrama termodinámico, en el cual está representada la evolución de la presión del fluido CO2 en función de su entalpía, durante un ciclo,
- la figura 3 es un esquema del refrigerador de gas,
- la figura 4 representa la evolución de la temperatura a lo largo del refrigerador de gas,
- la figura 5 es un organigrama que ilustra las distintas etapas aplicadas por la instalación según una primera forma de realización según la invención,
- las figuras 6 a 9 representan la evolución de la eficacia normal en función de la producción de fluido CO2, por distintos valores de la producción de aire recibida por el refrigerador de gas, según la invención, y
- las figuras 10 y 11 representan la evolución de la eficacia normal en función de la producción de fluido CO2, por distintos valores de la producción del aire que entra en el refrigerador de gas.
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Los Anexos A, B y C comprenden las ecuaciones matemáticas principales utilizadas para aplicar la instalación.
Los dibujos contienen, para la parte fundamental, elementos de carácter evidente. Podrán pues no sólo servir para hacer entender mejor la descripción, sino también para contribuir a la definición de la invención, como se desee.
Con referencia a la figura 1a, la instalación de climatización según la invención comprende un circuito de climatización recorrido por un fluido frigorígeno supercrítico. En consecuencia, la descripción se hará en referencia al fluido frigorígeno supercrítico CO2, con carácter de ejemplo no restrictivo.
La descripción del siguiente circuito de climatización se hará también en referencia al diagrama de la figura 2, que representará la evolución de la presión del fluido CO2 en función de su entalpía.
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Un circuito que funciona en modo supercrítico comprende:
- un compresor 14 susceptible de recibir el fluido en el estado gaseoso a una presión P0 y de comprimirlo hasta la presión P1,
- un refrigerador de gas 11 ("gas cooler") susceptible de enfriar el gas comprimido por el compresor, a una presión P1 sensiblemente constante,
- un elemento de expansión 12 susceptible de reducir la presión del fluido del refrigerador de gas 11 desde la presión P1 hasta a la presión P0, trayéndolo por lo menos en parte al estado líquido, y
- un evaporador 13 susceptible de hacer pasar el fluido al estado líquido procedente del elemento de expansión al estado gaseoso, a una presión sensiblemente constante P0, para producir un flujo de aire climatizado 21 que se envía hacia la cabina del vehículo.
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El circuito puede comprender además un intercambiador térmico interno 23, que permite que el fluido circule del refrigerador de gas hacia el reductor de presión para ceder el calor al fluido que circula desde el evaporador hacia el compresor. El circuito puede además comprender un acumulador 17 colocado entre la salida del evaporador y la entrada del compresor para evitar los golpes de líquido.
El refrigerador de gas 11 recibe un flujo de aire exterior 16 para evacuar el calor tomado en la cabina, que en algunas condiciones de funcionamiento se pone en movimiento mediante un grupo motoventilador 15.
El evaporador 13 recibe un flujo de aire de un pulsador alimentado por un flujo de aire exterior para producir un flujo de aire climatizado 21.
El elemento de expansión 12 puede ser, por ejemplo, una válvula eléctrica o un orificio calibrado.
En un circuito de climatización que funciona en modo supercrítico, el fluido frigorígeno supercrítico es enfriado por el aire con el cual intercambia el calor, en el refrigerador de gas 11, pero no se efectúa el intercambio de una manera isotérmica, tal como se produce para un fluido subcrítico que circula en un condensador.
Más concretamente, se trae el fluido frigorígeno supercrítico, se comprime en fase gaseosa y a una elevada presión P1 por el compresor 14. El refrigerador de gas 11 enfría a continuación el fluido frigorígeno gracias al flujo de aire de entrada 16. A diferencia de los circuitos de climatización que funcionan con un fluido subcrítico, el enfriamiento del fluido después de la compresión no implica un cambio de fase. El fluido no pasa al estado líquido hasta el transcurso de la expansión. El intercambiador térmico interno 23 permite enfriarse mucho, o incluso licuar el fluido que sale del refrigerador de gas.
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Con referencia ahora a la figura 1b que representa una instalación, según un primer modo de realización de la invención, la instalación en un vehículo automóvil, eventualmente en movimiento según una velocidad de avance Va.
El vehículo automóvil es accionado por un motor 43, que puede ser comandado por un calculador de inyección 42. El calculador de inyección 42 recibe información de distintos captadores, que la interpreta para ajustar los parámetros de inyección.
El calculador de inyección 42 puede, además, proporcionar información sobre las condiciones interiores o exteriores del vehículo (información proporcionada por un captador solar, número de ocupantes, etc.). En particular, puede proporcionar información sobre valores instantáneos relativos al funcionamiento del vehículo, y, en particular, sobre la velocidad de rotación del compresor N.
El vehículo está equipado también con el aparato de climatización 10 anteriormente mencionado, representado esquemáticamente en la figura 1b.
Además, la instalación está provista de un calculador de climatización 40, que comprende un regulador de cabina 41 y un regulador de cierre de climatización 402. El regulador de cabina 41 está destinado a fijar la consigna de temperatura del aire exterior soplado a la entrada del evaporador 13.
El calculador de inyección del motor puede actuar sobre el aparato de climatización gracias a un regulador de climatización 402. Esta conexión puede prohibir la puesta en marcha del aparato de climatización cuando se carga mucho el motor.
El solicitante propone optimizar el funcionamiento de esta instalación de climatización que funciona en modo supercrítico, proporcionando, con una precisión satisfactoria, una estimación de un magnitud relativa al fluido frigorígeno, en particular de la producción de la masa de fluido frigorígeno, a partir de las temperaturas relativas al refrigerador de gas.
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La solicitud de patente nº. 01 16568 mencionada anteriormente se aplica a los circuitos de climatización que funcionan en modo subcrítico y propone una estimación de la producción de la masa de fluido frigorígeno a partir de:
- la divergencia \Delta = T_{k} - T_{ai} entre la temperatura de condensación T_{k} y la temperatura del aire recibido por el condensador Tai,
- la velocidad de avance del vehículo Va, y
- la tensión del grupo motoventilador U_{gmv}.
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Una solución similar para un circuito que funciona en modo supercrítico equivaldría a estimar la producción de la masa de un fluido frigorígeno supercrítico en función del intervalo \Delta = T_{gco} - T_{ai}, que representa la divergencia entre la temperatura T_{gco} en la salida del refrigerador de gas y la temperatura del aire recibido por este último T_{ai}.
Ahora bien, esta solución proporciona resultados poco precisos, en razón de las propiedades específicas de los circuitos que funcionan en modo supercrítico. En efecto, esta falta de precisión resulta del hecho de que el intercambio de calor al nivel del refrigerador de gas no es isotérmico, y en particular a la escasa divergencia de temperatura entre la salida del refrigerador de gas y el aire de enfriamiento. Además, cuando el vehículo está detenido, puede producirse una vuelta de aire caliente en el refrigerador de gas, lo que daña incluso la estimación. Esta escasa divergencia de temperatura entre la salida del refrigerador de gas y el aire de enfriamiento se ilustra en la figura 3 en relación con la figura 4.
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La figura 3 es un esquema de un refrigerador de gas, en el cual están representados:
- un punto x_{i} en la entrada del refrigerador de gas, al nivel del cual el fluido frigorígeno está a la temperatura T_{gci},
- un punto intermedio x, elegido entre la entrada x_{i} y la salida x_{o} del refrigerador de gas, cuya localización se enumerará a continuación. Al nivel de este punto, el fluido frigorígeno está a la temperatura T_{gcx}, y
- un punto x_{o} en la salida del refrigerador de gas, al nivel del cual el fluido frigorígeno está a la temperatura T_{gco}.
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El refrigerador de gas 11 tiene una longitud total L entre su entrada x_{i} y su salida x_{o}. Esta longitud L corresponde a la longitud desarrollada del refrigerador de gas 11, es decir, a la suma de las longitudes de las distintas ramas que la componen. Por ejemplo, en la figura 3, la longitud total L es igual a la suma de las longitudes de las ramas horizontales L1, L2, L3, L4, L5 y de las ramas de conexión verticales L_{12}, L_{23}, L_{34}, y L_{45}.
El flujo de aire recibido por el refrigerador de gas 16 está representado también en la figura 3 con una temperatura T_{ai}.
La figura 4 representa un ejemplo de evolución de la temperatura del fluido frigorígeno CO2 en el refrigerador de gas 11 en función de la posición donde se mide esta temperatura en el refrigerador de gas.
Esta figura pone de manifiesto que la divergencia entre la temperatura T_{gco} del fluido frigorígeno en la salida x_{o} del refrigerador de gas 11 y de la temperatura T_{ai} del aire de entrada 16 es escasa. En consecuencia, una estimación de la producción de la masa de un fluido frigorígeno a partir de esta divergencia \Delta = T_{gco} - T_{ai}, de manera similar a la patente nº. 01 16568 antes citada, no es suficientemente precisa.
La invención propone una estimación de la producción de la masa de fluido frigorígeno basada en un balance energético optimizado sobre el refrigerador de gas.
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El balance energético al nivel del refrigerador de gas puede optimizarse cuando las dos condiciones siguientes se realizan:
- la divergencia (T_{gci} - T_{gcx}), vinculada al balance sobre el fluido CO2, es máxima, y
- la divergencia (T_{gcx} - T_{ai}), vinculada con el balance sobre el aire, es máxima.
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Cuando x=x_{I}, la divergencia (T_{gcx} - T_{ai}) es máxima, entonces la divergencia (T_{gci} - T_{gcx}) es mínima. Al contrario, cuando x=x_{o}, la divergencia (T_{gci} - T_{gcx}) es máxima entonces que la divergencia (T _{gcx} - T _{ai}) es mínima. Existe un valor de x que permite comprobar las dos condiciones a la vez.
El solicitante encontró que estas dos condiciones se realizan simultáneamente cuando el punto x es un punto intermedio elegido del refrigerador de gas.
Más concretamente, el balance energético es óptimo cuando este punto se sitúa a una distancia D de la entrada x_{i}, incluida entre un 5% y un 35% de la longitud total L del refrigerador de gas.
En particular, la distancia D = 15% de la longitud L proporciona un balance energético óptimo.
La instalación de climatización según la invención explota este máximo aprovechamiento del balance energético para estimar un magnitud relativa al fluido frigorígeno, en particular la producción de la masa de fluido frigorígeno m_{CO2}. Esta estimación se obtiene a partir de dos divergencias de temperaturas relativas al refrigerador de gas, una de las cuales por lo menos está basada en la temperatura del fluido frigorígeno T_{gcx} en el punto intermedio elegido x del refrigerador de gas.
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Las temperaturas relativas al refrigerador de gas comprenden además:
- la temperatura T_{gci} del fluido frigorígeno, en la entrada del refrigerador de gas, y
- la temperatura T_{ai} del aire 16 recibido por el refrigerador de gas.
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La instalación de climatización comprende un dispositivo electrónico de control, por ejemplo una tarjeta electrónica 401 destinada a funcionar recíprocamente con el circuito de climatización 10, mediante las conexiones 30/31, y el calculador de inyección 42, mediante las conexiones 32/33, para estimar la magnitud relativa al fluido frigorígeno. La siguiente descripción se hará con referencia a la estimación de la producción de la masa de fluido frigorígeno m_{CO2}, como ejemplo no restrictivo de magnitud relativa al fluido frigorígeno.
La tarjeta electrónica 401 puede estimarse como parte integral del calculador de climatización 40 del vehículo.
La tarjeta electrónica 401 comprende una función de cálculo que utiliza dos divergencias de temperaturas relativas del fluido frigorígeno, una de las cuales por lo menos está basada en la temperatura del fluido frigorígeno T_{gcx} en el punto intermedio elegido x del refrigerador de gas.
La tarjeta electrónica 401 puede recuperar información 30 procedente de captadores instalados sobre el circuito de climatización 10, y puede recibir también información del calculador de inyección del motor 42 mediante la conexión 33, en particular la velocidad de avance del vehículo Va, la tensión del grupo motoventilador U_{gmv}, la velocidad de rotación del compresor N y la temperatura del aire exterior T_{ext}.
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En una primera forma de realización, la función de cálculo de la tarjeta electrónica utiliza las dos siguientes divergencias de temperaturas:
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas T_{gci} y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas T_{ai};
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno T_{gcx} en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas x y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas T_{ai}.
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La figura 5 representa las distintas etapas aplicadas por la tarjeta electrónica para estimar la producción de fluido frigorígeno m_{CO2}, según la primera forma de realización de la invención.
Según esta primera forma de realización, el dispositivo electrónico de control 401 se dispone para llamar iterativamente la función de cálculo, a partir de un valor inicial dado de la producción de la masa del fluido frigorígeno m_{CO2\_int}, hasta satisfacer un criterio de final de iteración, incluyendo una condición de límite máximo sobre la divergencia entre la magnitud de entrada m_{CO2\_in} y la magnitud de salida de la función de cálculo m_{CO2\_out}.
Así, en la etapa 200, la instalación considera o mide los valores de la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas T_{gci}, de la temperatura T_{ai} del aire recibido por el refrigerador de gas 11 y de la temperatura del fluido frigorígeno T_{gcx} en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas.
Para eso, la instalación comprende elementos de medidas susceptibles de proporcionar estas magnitudes.
Más concretamente, la temperatura del fluido frigorígeno T_{gci}, en la entrada del refrigerador de gas 11 puede ser medido directamente por una sonda 130 colocada en la entrada del refrigerador de gas.
En una alternativa, la tarjeta electrónica puede implicar una función de estimación de la temperatura del fluido capaz de determinar la temperatura del fluido frigorígeno T_{gci} en la entrada del refrigerador de gas 11 a partir de la presión P0 y de la temperatura T_{su} en la entrada del compresor y la presión en salida del compresor P1.
La temperatura T_{su} puede ser medida mediante la sonda 180 de la figura 1b colocada en la entrada del compresor. En una alternativa, la temperatura T_{su} puede también estimarse. Esta estimación se detallará a continuación en la descripción de la segunda forma de realización de la invención.
La temperatura T_{ai} del aire recibido por el refrigerador de gas 11 puede ser medida mediante una sonda de temperatura 120, en referencia a la figura 1b, colocada entre el grupo motoventilador 15 y el refrigerador de gas 11.
En una alternativa, la tarjeta electrónica puede implicar una función de estimación de la temperatura del aire, capaz de determinar la temperatura T_{ai} del aire recibido por el refrigerador de gas a partir de la velocidad de avance Va del vehículo y la temperatura del aire exterior T_{ext} en entrada del grupo motoventilador.
La velocidad de avance Va del vehículo y la temperatura del aire exterior T_{ext} en la entrada del grupo motoventilador pueden proporcionarse mediante el calculador de inyección del motor 42 y mediante el regulador de cabina 41.
Según esta alternativa, la instalación puede comprender una sonda de temperatura que proporciona una medida de la temperatura T_{ext} del aire exterior al vehículo.
La temperatura del fluido frigorígeno T_{gcx} puede ser medida directamente mediante una sonda 110 colocada en el punto x elegido del refrigerador de gas.
En la etapa 202, la tarjeta electrónica 401 elige un valor inicial de la producción de fluido frigorígeno m_{CO2\_init}, por ejemplo m_{CO2\_init} = 100 kg/h. La elección de este valor puede estar basada en estimaciones o medidas previas de la producción de fluido frigorígeno.
La tarjeta electrónica llama a continuación una primera iteración de la función de cálculo con un magnitud de entrada m_{CO2\_in} igual al valor inicial m_{CO2\_init}.
La función de cálculo realiza las etapas 204 a 214 descritas a continuación.
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Las etapas 204 a 208 proporcionan una estimación de la potencia P_{k}(x) intercambiada entre el fluido CO2 que circula en la porción del refrigerador de gas, incluida entre x_{i} y x, y el aire recibido a partir de:
- la magnitud de entrada m_{CO2\_in};
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas T_{gci} y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas T_{ai};
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno T_{gcx} en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas x y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas T_{ai}.
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Más concretamente, en la etapa 204, la función de cálculo calcula el coeficiente de intercambio térmico global entre el aire y el fluido frigorígeno supercrítico ks_{g} a partir del coeficiente de intercambio térmico de la parte del aire ks_{a} y del coeficiente de intercambio térmico de la parte del CO2, ks_{CO2}, según la ecuación A3.1 del Anexo A.
El coeficiente de intercambio térmico de la parte del aire ks_{a} es una función de la producción de aire que enfría la porción del refrigerador de gas incluida entre la entrada x_{i} y el punto intermedio x, y en consecuencia de la tensión del grupo motoventilador U_{GMV} y de la velocidad de avance del vehículo V_{a}, según la relación A3.21 del Anexo A. Se da un ejemplo de ecuación A3.22 en el Anexo A, donde a, b, c, d y e son constantes.
El coeficiente de intercambio térmico de la parte del CO2, ks_{CO2}, es una función de la producción de CO2, según la relación A3.31 del Anexo A. Se da un ejemplo de ecuación A3.32 en el Anexo A, donde a' y b' son constantes que dependen de la tecnología del refrigerador de gas y de sus características. La magnitud de entrada de la función de cálculo m_{CO2\_in} puede pues utilizarse para calcular el coeficiente ks_{CO2}.
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En la etapa 206, la función de cálculo determina la media logarítmica \DeltaT_{LM} de la diferencia de temperatura global, entre la entrada del refrigerador de gas x_{i} y del punto x, a partir:
- de la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas T_{gci} y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas T_{ai};
- de la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno T_{gcx} en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas x y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas T_{ai}.
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Estas divergencias se consideran a partir de las temperaturas T_{gci}, T_{gcx} y T_{ai} que se obtuvieron en la etapa inicial 200. El cálculo de la media logarítmica \DeltaT_{LM} en función de las divergencias de temperatura antes citadas se establece de acuerdo con la relación A5 del Anexo A.
En la etapa 208, la función de cálculo determina la potencia P_{k}(x) intercambiada entre el fluido CO2 que circula en la porción del refrigerador de gas, incluida entre x_{i} y x, y el aire recibido. La potencia P_{k}(x) se calcula a partir del valor de la media logarítmica \DeltaT_{LM} obtenida en la etapa 206, del coeficiente de intercambio térmico global ks_{g} obtenido en la etapa 204, de acuerdo con la ecuación A2 del Anexo A. La función de cálculo utiliza también la producción de aire m_{ai} que depende de la tensión del grupo motoventilador U_{gmv} y de la velocidad Va de avance del vehículo, así como de la capacidad calorífica del aire CP_{ai}.
En la etapa 210, la función de cálculo determina el valor de la diferencia de entalpía \Deltah_{k}(x), entre la entrada x_{i} del refrigerador de gas y el punto x. Tal como se expresa mediante la relación A4 del Anexo A, este valor se calcula a partir de la temperatura en la entrada del refrigerador de gas T_{gci}, de la temperatura en el punto x del refrigerador de gas T_{gcx} y de la alta presión P1 en la salida del compresor.
La alta presión P1 puede, por ejemplo, medirse mediante el captador 160 de la figura 1b. Este captador 160, que mide el valor instantáneo de la alta presión P1, puede colocarse en cualquier lugar conveniente entre la salida del compresor y la entrada del refrigerador de gas 11 o entre la salida del refrigerador de gas y la entrada del elemento de expansión 12.
A partir del valor de la potencia P_{k}(x) obtenida en la etapa 208 y del valor de la diferencia de entalpía \Deltah_{k}(x) obtenida en la etapa 210, la función de cálculo de la tarjeta electrónica 401 proporciona la magnitud de salida, m_{CO2\_out}, según la ecuación A1 del Anexo A.
En la etapa 214, la tarjeta electrónica 401 determina si se satisface el criterio de final de iteración. El criterio de final de iteración comprende una condición de límite máximo sobre la divergencia entre la magnitud de salida m_{CO2\_out} y la magnitud de entrada m_{CO2\_in} de la función de cálculo.
Más concretamente, la tarjeta electrónica determina si la diferencia entre la divergencia entre la magnitud de salida m_{CO2\_out} y la magnitud de entrada m_{CO2\_in} es inferior a un valor de límite máximo predefinido \varepsilon. Este valor de límite máximo es bastante pequeño, por ejemplo, sensiblemente igual al 5%.
Si es el caso, se satisface el criterio de final de iteración y la magnitud de salida m_{CO2\_out} de la función de cálculo comprende el valor de la producción de fluido m_{CO2} (etapa 218).
Si no, la tarjeta electrónica llama iterativamente la función de cálculo (etapas 204 a 214) hasta que se satisfaga el criterio de final de iteración. En cada nueva iteración de la función de cálculo, la tarjeta electrónica destina, en la etapa 216, el valor de la magnitud de salida de la iteración anterior a la magnitud de entrada m_{CO2\_in} de la nueva iteración.
El valor de la producción m_{CO2} obtenido en la etapa 218 puede entonces ser utilizado por una función de estimación de potencia de la tarjeta electrónica para estimar la potencia real consumida por el compresor, como se verá posteriormente.
En una segunda forma de realización de la invención, se considera la producción de la masa de fluido frigorígeno m_{CO2}, a partir de un cálculo previo de la eficacia del refrigerador de gas entre la entrada x_{i} y el punto x.
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La eficacia \eta del refrigerador de gas sobre la porción comprendida entre x_{i} y x se expresa en función de las dos siguientes divergencias de temperaturas:
- la divergencia entre la temperatura T_{gci} en la entrada del refrigerador de gas y la temperatura T_{gcx} del fluido CO2 en el punto x, y
- la divergencia entre la temperatura T_{gci} en la entrada del refrigerador de gas y la temperatura del aire recibido por el refrigerador de gas T_{ai}.
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La ecuación B2.1 que permite obtener \eta en función de los parámetros que se proporcionan en el Anexo B.
Se define la eficacia normal \eta_{N} mediante la ecuación B2.2 del Anexo B, en el cual F es un factor de corrección que tiene en cuenta la alta presión P1.
La eficacia \eta es una función decreciente de la producción de fluido que cruza el refrigerador de gas, según la ecuación del Anexo B 1.1, dónde a_{1} y a_{2} son constantes que dependen de las características del refrigerador de gas y la producción de aire recibida por este último. La producción de la masa de CO2 está pues vinculada a la eficacia normal según la relación B1.2 del Anexo B.
Las figuras 6 a 10 representan ejemplos de evolución de la eficacia normal \eta_{N} en función de la producción de CO2, en los cuales el punto x se elige a una distancia D = 15% de L de la entrada x_{i}. La figura 11 pone de relieve la falta de precisión de la estimación de la producción de fluido obtenida con una localización x=x_{o}.
En cada una de estas figuras, la curva representada en línea continua representa la evolución de exp(\eta_{N}) en función de m_{CO2} y la curva constituida de pequeños rombos representa la evolución de \eta_{N} en función de m_{CO2}.
Según la segunda forma de realización de la invención, la función de cálculo de la tarjeta electrónica efectúa en una primera etapa una estimación/medida de la temperatura T_{gci}, de entrada del refrigerador de gas, de la temperatura T_{gcx} del fluido CO2 en el punto x elegido y de la temperatura T_{ai} del aire recibido por el refrigerador de gas, como en la etapa 200 de la primera forma de realización.
En una segunda etapa, la función de cálculo determina la eficacia normal según las ecuaciones B1 y B3 del Anexo B.
En una última etapa, la función de cálculo soluciona la ecuación del Anexo B1 para determinar la producción de la masa de CO2, m_{CO2}, a partir del valor obtenido de la eficacia normal.
La estimación de la producción de la masa de fluido frigorígeno, obtenida según las dos formas de realización de la invención, puede utilizarse para calcular, según las relaciones del Anexo C, la potencia mecánica absorbida. Para eso, la tarjeta electrónica comprende una función de estimación de potencia capaz de estimar la potencia absorbida por el compresor a partir del trabajo de compresión isentrópico Wis, y de la velocidad de rotación del compresor N. Las constantes k_{4}, k_{5} y k_{6} están vinculadas a parámetros de funcionamiento del circuito de climatización.
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La función de estimación de potencia aplica la ecuación C1 del Anexo C para calcular el trabajo de compresión isentrópico Wis a partir:
- de la relación de compresión Pr que representa la relación entre la alta presión P1 y la baja presión P0, y
- de la temperatura de aspiración T_{su} del compresor.
La presión P1 puede medirse tal como se describe anteriormente para la etapa 210 de la figura 7.
La temperatura de aspiración T_{su} puede ser medida directamente mediante la sonda 180 de la figura 1b, colocada en la entrada del compresor.
En una alternativa, la temperatura de aspiración T_{su} puede estimarse a partir de la eficacia \eta_{Hxi} del intercambiador interno 23, de la temperatura de evaporación T_{ev} y de la temperatura en salida del refrigerador de gas T_{gco}, según la ecuación del Anexo C3.
Según esta alternativa, para estimar la temperatura T_{su}, la instalación puede comprender una sonda colocada en la entrada del evaporador 13 para medir la temperatura de evaporación T_{ev}, designada mediante la referencia 170 de la figura 1b. Esta sonda puede también ser una sonda de termistencia, de estructura clásica, colocada en las aletas del evaporador. En una alternativa, la temperatura T_{ev} puede estimarse a partir de la temperatura de aire soplado en la salida del evaporador proporcionada por el regulador de cabina 41. La instalación puede además comprender un sensor de temperatura 150 para medir T_{gco}. Este captador se coloca en la salida del refrigerador externo 11, tal como se indica en la figura 1b.
En otra alternativa, la temperatura de aspiración T_{su} puede estimarse en función de la temperatura de rechazo Td, de la relación de compresión Pr y de una constante según la relación C4 del Anexo A4.
El valor de la baja presión P0, utilizada para el cálculo del trabajo isentrópico Wis, puede ser medido directamente por un captador 140 colocado entre el evaporador y el compresor. Esta medida es transmitida a la tarjeta electrónica 401, por la conexión 30.
El valor de la baja presión P0 puede también estimarse a partir del valor de la temperatura de evaporación T_{ev}, según la ley de saturación de los fluidos.
A partir del valor del trabajo isentrópico Wis, del valor de la producción de fluido supercrítica m_{CO2} considerado y de la velocidad de rotación N, la función de estimación de potencia determina una estimación de la potencia absorbida por el compresor PA, según la relación C2 del Anexo C.
La velocidad de rotación del compresor N es proporcionada a la tarjeta electrónica mediante el calculador de inyección del motor 42, mediante la conexión 33 en referencia a la figura 1b.
El calculador utiliza entonces el valor considerado de la potencia real consumida por el compresor para ajustar los parámetros de inyección. En consecuencia, el consumo de combustible es reducido.
La presente invención contempla también el código informático que le hace intervenir, muy especialmente cuando se pone a disposición en cualquier soporte legible en un ordenador. La expresión "apoyo legible por ordenador" cubre un apoyo de almacenamiento, por ejemplo magnético u óptico, así como medios de transmisión, de señal digital o analógica.
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(Anexo pasa a página siguiente)
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Anexo A
100
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Anexo B
102
103
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Anexo C
104
105
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Referencias citadas en la descripción
Esta lista de referencias citadas por el solicitante se proporciona únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores y omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.
Documentos de patente citados en la descripción
\bullet FR0116568 [0005] [0006]
\bullet WO0116568A [0009] [0041] [0048]

Claims (28)

1. Instalación de climatización para un vehículo a motor, provista de un circuito (10) de fluido frigorígeno supercrítico que comprende un compresor (14), un refrigerador de gas (11) de longitud total dada (L), un elemento de expansión (12) y un evaporador (13), recibiendo el refrigerador de gas un flujo de aire (16) que pasa por un grupo motoventilador, comprendiendo la instalación por otro lado un dispositivo electrónico de control (401) destinado a funcionar de manera recíproca con el circuito de fluido frigorígeno (10) para estimar una magnitud relativa al fluido frigorígeno (m_{CO2}) a partir de temperaturas relativas al refrigerador de gas,
caracterizada por el hecho de que dicho dispositivo electrónico de control (401) comprende una función de cálculo que utiliza dos divergencias de temperaturas relativas al refrigerador de gas, por lo menos una de las cuales está basada en la temperatura del fluido frigorígeno (T_{gex}) en un punto intermedio elegido del refrigerador de gas (x).
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2. Instalación de climatización según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el punto intermedio elegido se sitúa a una distancia de la entrada (x_{i}) del refrigerador de gas, incluida entre un 5% y un 35% de la longitud total del refrigerador de gas (L).
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3. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por el hecho de que las dos divergencias de temperatura también se fundan sobre:
- la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}),
- la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai}).
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4. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que la magnitud relativa al fluido frigorígeno es la producción de la masa del fluido frigorígeno (m_{CO2}).
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5. Instalación de climatización según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que las dos divergencias de temperaturas utilizadas por la función de cálculo comprenden:
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}) y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai});
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno (T_{gex}) en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas (x) y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai}).
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6. Instalación de climatización según la reivindicación 5, caracterizada por el hecho de que el dispositivo electrónico de control (401) está llamado para llamar iterativamente la función de cálculo, a partir de un valor inicial dado de la producción de la masa del fluido frigorígeno (m_{CO2\_init}), hasta satisfacer un criterio de final de iteración, comprendiendo una condición de límite máximo sobre la divergencia entre la magnitud de entrada (m_{CO2\_in}) y la magnitud de salida de la función de cálculo (m_{CO2\_out}).
7. Instalación de climatización según la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que la magnitud de entrada de la primera iteración de la función de cálculo comprende dicho valor inicial (m_{CO2\_init}).
8. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizada por el hecho de que la magnitud de entrada (m_{CO2\_in}) de una iteración dada de la función de cálculo comprende la magnitud de salida (m_{CO2\_out}) de la iteración anterior de la función de cálculo.
9. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada por el hecho de que el criterio de final de iteración se satisface y por el hecho de que la magnitud de salida comprende el valor de la producción de la masa del fluido frigorígeno (m_{CO2}).
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10. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada por el hecho de que la función de cálculo (401) es capaz de calcular la magnitud de salida de una iteración dada, a partir:
- de la potencia (P_{k}(x)) intercambiada entre el fluido frigorígeno y el flujo de aire recibido, sobre una porción del refrigerador de gas incluida entre la entrada del refrigerador de gas (xi) y el punto intermedio elegido (x), y
- de la diferencia de entalpía del fluido frigorígeno entre la entrada del refrigerador de gas y dicho punto intermedio elegido (\Deltah_{k}(x)).
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11. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizada por el hecho de que la condición de límite máximo comprende el hecho de que la divergencia entre el magnitud de entrada (m_{CO2\_in}) y la magnitud de salida (m_{CO2\_out}) de la función de cálculo es inferior a un valor de límite máximo (\varepsilon).
12. Instalación de climatización según la reivindicación 11, caracterizada por el hecho de que el valor de límite máximo (\varepsilon) es sensiblemente igual al 5%.
13. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada por el hecho de que la función de cálculo es apta para calcular la potencia intercambiada entre el fluido frigorígeno y el flujo de aire recibido sobre dicha porción, a partir de la media logarítmica de la diferencia de temperatura global (\DeltaT_{LM}) sobre dicha porción y del coeficiente de intercambio térmico global (k_{sg}) entre el aire y el fluido frigorígeno.
14. Instalación de climatización según la reivindicación 13, caracterizada por el hecho de que la función de cálculo es apta para calcular el coeficiente de intercambio térmico (k_{sg}) a partir del magnitud de entrada (m_{CO2\_in}), de la velocidad de avance (V_{a}) del vehículo y la tensión del grupo motoventilador (U_{GMV}).
15. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada por el hecho de que el dispositivo electrónico de control (401) es apto para calcular la media logarítmica de la diferencia de temperatura global (\DeltaT_{LM}) sobre dicha porción a partir de las dos divergencias de temperatura.
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16. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizada por el hecho de que la función de cálculo es apta para calcular la diferencia de entalpía del fluido frigorígeno, entre la entrada del refrigerador de gas y el punto intermedio elegido (x), a partir:
- de la presión del fluido en la salida del compresor (P1),
- de la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}), y
- de la temperatura del fluido frigorígeno en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas (T_{gcx}).
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17. Instalación de climatización según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que las dos divergencias de temperaturas utilizadas por la función de cálculo comprenden:
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}) y la temperatura del fluido frigorígeno (T_{gex}) en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas (x),
- la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}) y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai}).
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18. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que comprende una sonda de temperatura colocada en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas (x) y susceptible de proporcionar una medida de la temperatura del fluido frigorígeno (T_{gex}) en el punto intermedio elegido.
19. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 3 a 18, caracterizada por el hecho de que comprende una sonda de temperatura (130), colocada en la entrada del refrigerador de gas y susceptible de proporcionar una medida de la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}).
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20. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 3 a 18, caracterizada por el hecho de que el dispositivo de control comprende una función de estimación de la temperatura del fluido capaz de calcular una estimación de la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}) a partir:
- de la presión del fluido en entrada del compresor (P0),
- de la temperatura del fluido a la entrada del compresor (T_{su}), y
- de la presión del fluido en salida del compresor (P1).
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21. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 3 a 20, caracterizada por el hecho de que comprende una sonda (120), colocada entre el grupo motoventilador (15) y el refrigerador de gas (11), susceptible de proporcionar una medida de la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai}).
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22. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 3 a 20, caracterizada por el hecho de que el dispositivo electrónico de control (401) comprende una función de estimación de la temperatura de aire capaz de calcular la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai}) a partir:
- de la temperatura del aire exterior (T_{ext}); y
- de la velocidad de avance (V_{a}) del vehículo.
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23. Instalación de climatización según la reivindicación 22, caracterizada por el hecho de que comprende una sonda susceptible de proporcionar una medida de la temperatura del flujo de aire exterior (T_{ext}).
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24. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 4 a 23, caracterizada por el hecho de que el dispositivo electrónico de control comprende una función de estimación de potencia capaz de estimar la potencia absorbida por el compresor a partir:
- de la relación de compresión (Pr), y
- de la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del compresor (T_{su}).
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25. Procedimiento de estimación de la producción de la masa de un fluido frigorígeno supercrítico que circula en un circuito de climatización (10), comprendiendo dicho circuito un compresor (14), un refrigerador de gas (11) de longitud total dada (L), un elemento de expansión (12) y un evaporador (13), recibiendo el refrigerador de gas un flujo de aire (16) que pasa por un grupo motoventilador, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas siguientes, para un valor inicial dado de la producción de la masa del fluido frigorígeno (m_{CO2\_init}):
a) calcular
- una estimación de la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno en la entrada del refrigerador de gas (T_{gci}) y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai});
- una estimación de la divergencia entre la temperatura del fluido frigorígeno (T_{gcx}) en el punto intermedio elegido del refrigerador de gas (x) y la temperatura del flujo de aire recibido por el refrigerador de gas (T_{ai});
b) calcular una magnitud de salida (m_{CO2\_out}), a partir de una magnitud de entrada (m_{CO2\_in}) y los valores proporcionados por la etapa a);
c) determinar si la divergencia entre la magnitud de salida calculada en la etapa b) y la magnitud de entrada es inferior a un valor de límite máximo predefinido (\varepsilon).
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26. Procedimiento según la reivindicación 25, caracterizado por el hecho de que la magnitud de entrada (m_{CO2\_in}) comprende el valor inicial de la producción de fluido frigorígeno (m_{CO2\_init}), en la primera iteración de la etapa a).
27. Procedimiento según una de las reivindicaciones 25 y 26, caracterizado por el hecho de que las etapas a) a c) se reiteran con una magnitud de entrada (m_{CO2\_in}) igual a la magnitud de salida (m_{CO2\_out}) calculada en la etapa c) anterior, si no se comprueba la etapa c).
28. Procedimiento según una de las reivindicaciones 26 a 27, caracterizado por el hecho de que la magnitud de salida comprende el valor de la producción de la masa de fluido frigorígeno (m_{CO2}), si se comprueba la etapa c).
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