ES2315453T3 - Intercambiador de calor para un circuito de fluido recorrido caloportador, particularmente de vehiculos. - Google Patents

Intercambiador de calor para un circuito de fluido recorrido caloportador, particularmente de vehiculos. Download PDF

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Abstract

Intercambiador de calor para un circuito de fluido recorrido por un fluido caloportador, que comprende por lo menos un colector (18) que delimita una entrada (22) y una salida (24) para el fluido caloportador, canales de circulación (14) del fluido caloportador interpuestos entre la entrada (22) y la salida (24), superficies de intercambio de calor (16) asociadas a los canales de circulación del fluido caloportador y adecuadas para ser barridas por un flujo de aire a tratar, cavidades (32) adaptadas para contener un fluido de almacenamiento térmico, dispuestas adyacentes a los canales de circulación (14, 114)...) del fluido caloportador, y asociadas a las superficies de intercambio de calor (16), de manera que el fluido de almacenamiento térmico sea capaz de intercambiar calor con el flujo de aire que barre las superficies de intercambios de calor, en caso de detenerse la circulación del fluido caloportador en el circuito caracterizado por el hecho de que el colector (18) comporta una cubierta (38) dispuesta en una placa colectora (40) formada por una superposición de placas, delimitando la cubierta (38) dos conductos longitudinales (60) que se comunica a través de pasos (62) con las cavidades (32) de los tubos (14) con el fin de establecer una comunicación entre las cavidades (32) de los distintos tubos, estando los conductos (60) y los pasos (62) constituidos por aberturas de forma adecuada practicadas a través de las placas apiladas que constituyen la placa colectora (40).

Description

Intercambiador de calor para un circuito de fluido recorrido caloportador, particularmente de vehículos.
La invención se refiere al campo de los intercambiadores de calor, especialmente de vehículos automóviles.
Se refiere más concretamente a un intercambiador de calor para un circuito de fluido recorrido por un fluido caloportador, que comprende por lo menos un colector que delimita una entrada y una salida para el fluido caloportador, canales de circulación del fluido caloportador interpuestos entre la entrada y la salida, así como superficies de intercambio de calor asociados a los canales de circulación del fluido caloportador y adecuados para ser barridos por un flujo de aire a tratar.
En el caso particular de un vehículo automóvil, el intercambiador de calor puede estar realizado, por ejemplo, en forma de un evaporador de climatización recorrido por un fluido refrigerante con el fin de refrigerar el flujo de aire y producir aire climatizado que se envía al habitáculo del vehículo. El intercambiador de calor puede también estar realizado en forma de una radiador de calefacción, también llamado aerotérmico, recorrido por un fluido calentador, habitualmente el fluido de refrigeración del motor del vehículo, con el fin de calentar el flujo de aire y producir aire caliente que se envía al habitáculo.
En un circuito de climatización clásico el fluido refrigerante atraviesa, en este orden, un compresor, un condensador, un reductor de presión y un evaporador, antes de volver al compresor. En el evaporador, el fluido refrigerante pasa de una fase líquida o de una fase líquida/vapor a una fase vapor absorbiendo calor al flujo de aire que de este modo se enfría. Un circuito clásico de este tipo habitualmente es recorrido por un fluido refrigerante constituido por un hidrocarburo fluorado tal como se conoce con la designación R134A.
También se conocen circuitos de climatización recorridos por un fluido refrigerante del tipo supercrítico, como por ejemplo el CO_{2}.
Uno de los inconvenientes de los evaporadores conocidos reside en el hecho de que su capacidad a refrigerar el flujo de aire depende del funcionamiento del compresor. Dicho de otro modo, el flujo de aire ya no se enfría desde el momento en que el compresor se para.
Ahora bien, en la mayoría de los vehículos automóviles, el compresor es arrastrado por medio del motor y se pone por lo tanto fuera de funcionamiento desde el momento en que el motor se para.
En el cuadro de las normas antipolución, se prevé realizar vehículos automóviles del tipo "stop-start" (término anglosajón que significa "parada-arranque") que aseguran que el motor de combustión interna se pare cuando el vehículo está en punto muerto, y después de nuevo arranque el motor cuando sea necesario gracias a un alterno-motor de arranque. Por consiguiente cuando un vehículo de este tipo está en punto muerto, al estar parado el motor de combustión interna, la climatización también se interrumpe. El paro del motor de combustión interna tiene como consecuencia el paro del compresor, y por consiguiente una sensación de incomodidad para el o los pasajeros del vehículo.
Para solventar este inconvenientemente, ya se ha propuesto realizar circuitos de climatización que comprenden, fuera del evaporador, medios auxiliares para producir frío y que consisten en prever, por ejemplo, una reserva de hielo que permite enfriar el flujo de aire cuando el evaporador no está en funcionamiento. Estas soluciones conocidas son voluminosas y complejas de realizar y difícilmente compatibles con los vehículos modernos, en los cuales el espacio dedicado a los distintos equipamientos, especialmente en el compartimiento motor, es cada vez más restringido.
Un problema análogo se puede plantear en el caso en que el intercambiador de calor está realizado en forma de un radiador de calefacción recorrido por un fluido calentador debido a que este fluido se pone en movimiento por una bomba, también llamada "bomba de agua", que de manera clásica está arrastrada por el motor de combustión interna del vehículo. Así, el paro del motor tiene como consecuencia el paro de la bomba y por lo tanto la interrupción de la circulación del fluido, lo que produce una sensación de incomodidad, especialmente cuando la temperatura exterior es muy baja.
Con el fin de solventar los inconvenientes citados, el documento EP 1 221 389 propone medios de almacenamiento térmico para almacenar ya sea frío (es decir frigorías), ya sea por el contrario calor (es decir calorías) cuando el motor interno del vehículo funciona y restituir esta energía (frío o calor) en el habitáculo cuando el motor está parado.
Este documento propone a este efecto un evaporador del tipo definido anteriormente, el cual comprende además cavidades que están dispuestas para contener un fluido de almacenamiento térmico, están situadas adyacentes a los canales de circulación del fluido caloportador, y también están asociadas a las superficies de intercambio de calor, de manera que el fluido de almacenamiento térmico sea capaz de intercambiar calor con el flujo de aire que barre las superficies de calor, en caso de interrupción momentánea de la circulación del fluido caloportador en el circuito.
Así, el intercambiador de calor integra cavidades llenas de un fluido de almacenamiento térmico, que forman una reserva de este fluido, y que son adyacentes a los canales de circulación del fluido caloportador.
Así, se favorece un intercambio térmico entre tres fluidos, a saber el fluido caloportador (fluido refrigerante, respectivamente fluido calentador), el fluido de almacenamiento térmico y el aire a tratar (enfriar, respectivamente recalentar).
El intercambiador de calor según la invención comprende además un colector que comporta una cubierta dispuesta en una placa colectora formada por una superposición de placas, delimitando la cubierta dos conductos longitudinales que se comunican con las cavidades de los tubos por pasos con el fin de establecer una comunicación entre las cavidades de los distintos tubos, estando constituidos los conductos y los pasos por aberturas de forma adecuada dispuestas a través de las placas apiladas que constituyen la placa colectora.
La invención es particularmente interesante en el caso en que el intercambiador de calor es un evaporador de climatización.
Así, cuando el evaporador está en funcionamiento, es decir cuando el fluido refrigerante circula por la acción del compresor, el evaporador produce frío. Esto permite al mismo tiempo enfriar el flujo de aire a enviar al habitáculo, así como solidificar la evaporación por transformación de fase o mantenerlo en este estado solidificado.
De este modo, desde que la circulación del fluido refrigerante se detiene y que el evaporador ya no está en condiciones de enfriar el flujo de aire, el fluido de almacenamiento térmico lo sustituye. Dicho de otro modo, el flujo de aire se enfría por intercambio térmico con el fluido de almacenamiento térmico que cede entonces frío al flujo de aire. El fluido de almacenamiento térmico, que ventajosamente es un fluido de evaporación por transformación de fase, tiene entonces tendencia a fundirse para volver al estado líquido.
Se tiene así un evaporador con una considerable inercia térmica que permite enfriar el flujo de aire incluso cuando el motor del vehículo está parado durante un tiempo que puede llegar, e incluso sobrepasar, por ejemplo, treinta segundos.
La invención también es interesante en el caso en que el intercambiador de calor es un radiador de calefacción. En efecto, cuando el radiador funciona y el fluido calentador circula por la acción del calor, el radiador produce calor. Ello permite al mismo tiempo recalentar el flujo de aire a enviar al habitáculo, pero también almacenar calor en el fluido de almacenamiento térmico cuya temperatura aumenta y puede experimentar eventualmente una evaporación por transformación de fase.
Así, desde que la circulación del fluido calentador cesa y que el radiador de calefacción ya no está en condiciones de recalentar el flujo de aire, el fluido de almacenamiento térmico entra en acción. Dicho de otro modo, el flujo de aire se recalienta por intercambio térmico con el fluido de almacenamiento térmico que entonces le cede calor. El fluido de almacenamiento térmico sufre entonces una bajada de temperatura acompañada eventualmente de una evaporación por transformación de fase.
En este caso, se proporciona un radiador de calefacción con una inercia térmica considerable que permite recalentar el flujo de aire incluso cuando el motor del vehículo esta momentáneamente parado durante un momento que puede llegar a ser, por ejemplo, de un minuto.
En una forma de realización de la invención, el intercambiador de calor comprende una multiplicidad de tubos planos paralelos con dos caras mayores opuestas y en los cuales se forman los canales y las cavidades, y una multiplicidad de intercalares ondulados que forman superficies de intercambio de calor que están dispuestos cada uno entre dos tubos adyacentes.
En esta primera forma de realización de la invención, el tubo plano puede estar compuesto por dos partes en forma de placa, a saber una parte en la cual están formados los canales y una parte en la cual están formadas las cavidades.
En variante, cada tubo plano es monobloque, y los canales están dispuestos a lo largo de una de sus caras mayores, mientras que las cavidades están dispuestas a lo largo de la otra cara mayor.
En otra variante, cada tubo plano es monobloque, mientras que los canales están dispuestos por grupos entre las caras mayores y las cavidades también están dispuestas por grupos entre las caras mayores, alternándose los grupos de canales con los grupos de cavidades.
En una segunda forma de realización de la invención, el intercambiador de calor comprende una multiplicidad de tubos planos en forma de horquilla o de U en los cuales están formados los canales y las cavidades, y una multiplicidad de intercalares ondulados que forman superficies de intercambiador de calor que están dispuestos cada uno entre dos tubos adyacentes. En esta forma de realización, cada tubo plano es ventajosamente monobloque.
En una tercera forma de realización de la invención, el intercambiador de calor comprende un tubo plano en forma de serpentín en el cual están formados los canales y las cavidades. En este caso, se prevé ventajosamente que el tubo plano en forma de serpentín está formado por una multiplicidad de tubos interiores en U en los cuales están formados los canales y de un tubo exterior en serpentín que rodea los tubos en U y en el cual están formadas las cavidades.
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En las formas de realización citadas, y dadas únicamente a título de ejemplo, los tubos están ventajosamente formados por extrusión de un material metálico, preferentemente a base de aluminio.
En el caso en que el intercambiador de calor sea un evaporador de vapor dispuesto para ser recorrido por un fluido refrigerante, el fluido de almacenamiento térmico está ventajosamente formado por un fluido de transformación de fase que tiene una temperatura de fusión comprendida entre 0ºC y 10ºC, preferentemente entre 5ºC y 7ºC.
El fluido de almacenamiento térmico está escogido ventajosamente entre parafinas, sales hidratadas y compuestos eutécticos o cualquier otro fluido que presenta una transformación de fase dentro de este margen de temperaturas.
En variante, el fluido de almacenamiento térmico puede ser agua, pero presenta el inconveniente de dilatarse cuando pasa del estado líquido al estado sólido y favorecer fenómenos de escarchado.
En el caso en que el intercambiador de calor es una radiador de calefacción dispuesto para ser recorrido por un fluido calentador, el fluido de almacenamiento térmico constituye una reserva de calor (es decir calorías), de manera que el fluido de almacenamiento térmico sea capaz de recalentar el flujo de aire que barre las superficies de intercambiador de calor, en caso de interrupción momentánea de la circulación del fluido calentador en el radiador de calefacción. El fluido de almacenamiento térmico es ventajosamente un fluido de transformación de fase con una temperatura de fusión comprendida entre 60 y 90ºC, preferentemente entre 70 y 80ºC
El fluido de almacenamiento térmico está ventajosamente escogido entre parafinas, sales hidratadas y compuestos eutécticos. Pero también puede estar constituido por agua. En este caso el fluido de almacenamiento térmico no sufre transformación de fase, y el almacenamiento térmico se efectúa solamente por calefacción sensible.
En la siguiente descripción, hecha solamente a título de ejemplo, se hace referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista lateral de un intercambiador de calor de tubos paralelos según la invención;
- la figura 2 es una vista en sección, a mayor escala, según la línea II-II de la figura 1;
- la figura 3 es un detalle a mayor escala de la figura 2;
- la figura 4 es una vista en sección longitudinal del colector del intercambiador de calor de la figura 1;
- la figura 5 es una vista parcial en sección, a mayor escala, según la línea V-V de la figura 4;
- la figura 6 es una vista parcial en sección, a mayor escala, según la línea VI-VI de la figura 4;
- las figuras 7 a 10 son vistas en sección de tubos adecuados a formar parte de un intercambiador de calor según la invención;
- la figura 11 es una vista en sección longitudinal de un intercambiador de calor de tubos en U según la invención;
- la figura 12 es una vista en sección longitudinal de un intercambiador de calor de tubo en serpentín según la invención; y
- la figura 13 es un gráfico que ilustra la evolución de la temperatura de un flujo de aire a la salida de un evaporador clásico y de un evaporador de inercia según la invención, después de la parada del funcionamiento del evaporador.
En la descripción detallada siguiente, se hace referencia al caso particular de un evaporador, pero las características de este se aplican también a un radiador de calefacción, como se ha citado anteriormente. Se hace referencia en primer lugar a la figura 1 que muestra un evaporador 10 adecuado para formar parte de un circuito de climatización clásico (no representado) de vehículo automóvil, en el cual un fluido refrigerante atraviesa sucesivamente un compresor, un condensador y un manorreductor antes de llegar al evaporador después de regresar hacia el compresor.
El evaporador 10 comprende un cuerpo o haz 12 formado por una multiplicidad de tubos paralelos 14 que alternan con intercalares ondulados 16 que forman superficies de intercambiador de calor. El haz 12 está interpuesto entre dos colectores, a saber un colector 18 situado en este caso en la parte superior y un colector 20 situado en este caso en la parte inferior. El colector 18 está provisto de un tubo de entrada 22 para el fluido refrigerante en fase líquida o en fase líquida/vapor y de un tubo de salida 24 para el fluido refrigerante en fase gaseosa. El fluido refrigerante penetra en el tubo 22 como se muestra con la flecha F1 y vuelve a salir del tubo 24 como se muestra con la flecha F2 después de haber intercambiado calor con un flujo de aire que barre el haz 12 como muestran las flechas F3 en la figura 2. En un evaporador clásico, los tubos 14 comportan canales de circulación para el fluido refrigerante que de este modo intercambia calor con el flujo de aire. El fluido refrigerante en fase líquida o en fase líquida/vapor se transforma en fase vapor absorbiendo calor, lo que permite enfriar el flujo de aire. Dicho de otro modo, el fluido refrigerante cede frigorías al flujo de aire para producir un flujo de aire refrigerado o climatizado que se envía al habitáculo del vehículo.
Los tubos 14 de la invención se diferencian de los tubos de los evaporadores clásicos por el hecho de que ofrecen una doble función, a saber permitir la circulación del fluido refrigerante, pero también permitir el almacenamiento de un fluido de almacenamiento térmico que, en el ejemplo, es un fluido de transformación de fase. A continuación se hará referencia a un fluido de transformación de fase, para simplificar.
Como se ve en las figuras 2 y 3, el tubo 14 está compuesto por dos partes en forma de placas, a saber una primera parte 26 en la cual están formados canales 28 para la circulación del fluido refrigerante y una segunda parte 30 en la cual están formadas cavidades 32, que delimitan alvéolos, y permiten el almacenamiento del fluido de transformación de fase.
La parte o placa 26 está realizada por extrusión de un material metálico, preferentemente de aluminio o de aleación a base de aluminio. En el ejemplo, la parte o placa 26 comprende una hilera de canales 28 cada uno de los cuales tiene una sección de forma sensiblemente rectangular y está delimitada por dos caras mayores paralelas 34.
La parte o placa 30 también está formada por extrusión de un material metálico análogo y comprende una hilera de cavidades 32 cada una de las cuales tiene la sección de forma generalmente rectangular, excepto para las cavidades situadas en los extremos de la placa 30. Esta placa 30 está delimitada por dos caras mayores paralelas 36. Una de las caras mayores 34 de la placa 26 está acoplada a una de las caras mayores 36 de la placa 30 por ejemplo por soldadura para formar un conjunto casi monobloque. También es ventajoso, para facilitar la construcción del evaporador, formar componentes (véanse la figura 2) compuestos cada uno por un tubo (parte 26 y parte 30) y por un intercalar ondulado 16. Los intercalares ondulados 16 están ventajosamente formados de un material metálico del mismo tipo.
Las dimensiones interiores de los canales 28 están seleccionadas y delimitadas por paredes de grosores seleccionados, teniendo en cuenta la naturaleza y las presiones de funcionamiento del fluido refrigerante utilizado.
Así en el caso de un fluido refrigerante clásico, como por ejemplo el fluido R134A, los canales 28 tienen un diámetro hidráulico generalmente comprendido entre 1 y 2 mm, debiéndose situar las presiones de estallido alrededor de 36 bares.
Por el contrario, en el caso de un fluido refrigerante como por ejemplo CO_{2}, los canales generalmente tendrán dimensiones comprendidas entre 0,5 y 1 mm, debiéndose situar las presiones de estallido alredor de 250 bares.
Las cavidades 32 están destinadas a contener un fluido de almacenamiento térmico que, en el ejemplo, es un fluido de transformación de fase, es decir un fluido cuya temperatura de fusión estará comprendida entre 0ºC y 10ºC.
Así, cuando el evaporador está en funcionamiento, es decir que el fluido refrigerante circula en los canales por la acción del compresor, tiene doble función. Por una parte permite enfriar el flujo de aire a enviar al habitáculo y por otra parte permite transformar o mantener el fluido de transformación de fase al estado sólido.
Por el contrario, desde que el evaporador está fuera de funcionamiento y que el fluido refrigerante ya no circula en los canales, el fluido de transformación de fase está en condiciones de refrigerar el flujo de aire debido a las frigorías que tiene almacenadas. Por consiguiente este fluido de transformación de fase absorbe el calor del flujo de aire para enfriarlo, volviendo por lo menos parcialmente al estado líquido. El fluido de transformación de fase llena las cavidades 32 de los tubos, y estas cavidades pueden comunicarse entre ellas, como se verá más adelante. En principio, este fluido de transformación de fase no tiene que circular en el evaporador.
El fluido de transformación de fase puede estar constituido por agua, pero esto tiene como inconveniente que esta agua se dilata cuando pasa del estado líquido al estado sólido y que puede generar fenómenos de escarchado.
Es preferible utilizar fluidos de cambio de fase cuya temperatura de fusión está comprendida entre 5ºC y 7ºC. Entre los materiales propuestos, se pueden citar especialmente materiales de la familia de las parafinas, o incluso de las sales hidratadas y compuestos eutécticos. Entre las parafinas, se puede citar especialmente el que tiene el nombre comercial RT5 de la sociedad RUBITHERM.
Un material ventajoso es una parafina que tiene \Deltah de fusión = 150 Kj/Kg y una densidad igual a 0,8. Es preferible utilizar materiales de transformación de fase con una entalpía de transformación superior o igual a 150 Kj/Kg. Preferentemente, la temperatura de fusión será superior a 0ºC con el fin de que se eviten los problemas de escarchado y sobre todo de que no se penalice excesivamente el ciclo termodinámico por una baja presión demasiado baja. Por otra parte, la temperatura de fusión será preferentemente inferior a 10ºC para permitir obtener, por recuperación de la energía almacenada, temperaturas suficientemente bajas para respetar las limitaciones de confort.
A título de ejemplo, la sección de las cavidades 32 puede tener una longitud del orden de 3 mm por una anchura del orden de 1 mm, estando lógicamente estas dimensiones sujetas a variaciones. Estas dimensiones así como los grosores de las paredes que rodean las cavidades 32 están seleccionadas teniendo en cuenta también limitaciones de presiones. Las presiones del fluido de transformación de fase son mucho más bajas, generalmente inferiores a 5 bares.
La cantidad total de fluido de transformación de fase depende de la energía térmica (frío) que se quiere transferir al flujo de aire a enviar al habitáculo. Así, si se considera una energía de 2.500 vatios durante treinta segundos, partiendo de un material de transformación de fase con una entalpía de transformación superior o igual a 150 Kj/Kg, conduce a 7,5 10^{4} J o sea 0,5 Kg y 0,625 litros para un fluido con una densidad igual a 0,8 como se ha citado anteriormente. Dicho de otra manera, se debe prever que el volumen del fluido de transformación de fase contenido en las cavidades 32 sea por lo menos igual a 0,625 litros.
Se hace referencia ahora a las figuras 4 a 6 para describir más particularmente la estructura del colector 18, en el ejemplo particular de la figura 1. El colector 18 comprende una tapa 38 dispuesta en una placa colectora 40 formada por superposición de varias placas que delimitan aberturas o pasos de circulación.
La tapa 38 tiene una forma alargada y delimita interiormente tres conductos paralelos. Un primer conducto 42 está separado y dividido por un tabique 44 para formar un compartimiento de entrada 46 y un compartimiento intermedio 48. En el lado opuesto del conducto 42 hay un conducto 50 que forma compartimiento de circulación. Otro conducto 52 situado entre los conductos 42 y 50 forma un compartimiento intermedio. El tubo de entrada 22 comunica con el compartimiento 46, mientras que el tubo de salida 24 que comunica con el compartimiento 52. El compartimiento 42 y el compartimiento 52 están cerrados por un extremo por un tapón 54, mientras que el compartimiento 50 está cerrado por sus dos extremos por tapones 56.
El fluido refrigerante circula en cuatro pasos en el interior del evaporador. Penetra en primer lugar en el compartimiento 46 para llegar a continuación al compartimiento 50 a través del colector 20 y después el compartimiento 48 a través del mismo colector 20. A continuación, el fluido llega al compartimiento 52 por una abertura 58 practicada en el tabique que separa los conductos 42 y 52, en el lado del tapón 54. El fluido llega a continuación a la salida 24.
El colector 18 está formado por un apilamiento de placas que delimitan pasos adecuados (no representados) para hacer comunicar el compartimiento 46 con el conducto 50 y el conducto 50 con el conducto 48. Se observa en la sección de la figura 5 los conductos 42, 50 y 52 así como el paso 58 entre los conductos 42 y 52.
Como también se observa en la figura 5, la tapa 38 del colector delimita dos conductos longitudinales 60 que se comunican por pasos 62 con las cavidades 32 de los tubos 14. Así, los dos conductos 60 permiten establecer una comunicación entre las cavidades 32 de los distintos tubos.
En la figura 6, también se pueden ver pasos 64 que permiten hacer que se comuniquen los canales 28 de circulación del fluido refrigerante con los conductos, en este caso con el conducto 42 y más concretamente el compartimiento de entrada 46. Los pasos 60 y 62 están constituidos por aberturas de forma apropiada, practicadas a través de placas apiladas que constituyen la placa colectora 40.
En la figura 6, los canales 28 de circulación del fluido refrigerante no son visibles, ya que la sección está hecha a nivel de un tabique transversal que separa dos canales 28 adyacentes.
Se entiende que el evaporador 10 representado en las figuras 1 a 6 solo constituye un ejemplo particular de intercambiador que tiene tubos paralelos entre ellos. En este ejemplo particular el fluido refrigerante circula en cuatro pasos, pero lógicamente podría circular de distinta manera.
De manera general, la circulación del fluido caloportador se efectúa en un evaporador clásico. La diferencia principal reside en el hecho de que los canales de circulación integran además cavidades destinadas a contener el fluido de transformación de fase.
En la figura 7 se observa un tubo 114 análogo al tubo 14 de las figuras 1 a 3. La diferencia principal reside en este caso en el hecho de que el tubo 114 está realizado en una sola pieza por extrusión y no por el ensamblaje de dos placas como antes. El tubo 114 está formado en este caso de un material metálico análogo al que se ha descrito anteriormente.
El conducto 114 de la figura 7 comprende una hilera de canales 28 situada ceca de una de las caras mayores y una hilera de cavidades 32 dispuesta cerca de la otra cara mayor. En este caso también, el tamaño de los canales y las cavidades están seleccionados teniendo en cuenta las presiones de funcionamiento del fluido refrigerante y del fluido de transformación de fase.
El tubo 214 representado en la figura 8 se asemeja al de la figura 7 y también está formado en una sola pieza por extrusión. Comporta, en el ejemplo, cuatro canales 28 dispuestos cerca de una de las caras mayores y cuatro cavidades 32 dispuestas cerca de la otra cara mayor. Estos canales y cavidades tienen formas alargadas, extendiéndose su mayor longitud paralelamente a la dirección de las caras mayores del tubo 214. En este caso, los canales 28 y las cavidades 32 tienen la misma sección transversal.
Se hace referencia ahora a la figura 9 que muestra otro tubo 314 análogo al de la figura 7 y que también está formado en una sola pieza por extrusión. Comprende una hilera de canales 28 dispuesta cerca de una de las caras mayores para la circulación del fluido refrigerante y una hilera de cavidades 32 situada cerca de la otra de las caras mayores para la circulación del fluido de transformación de fase. En este ejemplo particular, los canales 28 tienen una sección circular cuyo diámetro puede, por ejemplo, ser de 0,85 mm. Las cavidades 32 también tienen una sección de forma circular, cuyo diámetro es mayor, por ejemplo puede ser de 3 mm.
Con referencia ahora a la figura 10 se observa otro tubo 414 realizado asimismo en una sola pieza por extrusión. Este tubo comprende canales 28 dispuestos por grupos entre las dos caras mayores y cavidades 32 también dispuestas por grupos entre las dos caras mayores. Los grupos de canales alternan con los grupos de cavidades. Por ejemplo, hay un grupo de ocho cavidades (32) dispuestas en dos hileras que alternan con un grupo de ocho canales 28 dispuestos en dos hileras. Los canales 28 tienen aquí cada uno una sección circular cuyo diámetro puede ser, por ejemplo, de 0,85 mm. En este ejemplo, las cavidades 32 tienen una sección rectangular con una longitud de 2,1 mm y una anchura de 0,85 mm.
Las figuras 7 a 10 muestran ejemplos, no limitativos, de realización de tubos monobloque en los cuales están formados al mismo tiempo canales 28 de circulación del fluido refrigerante y cavidades 32 que contienen fluido de transformación de fase.
El evaporador representado en la figura 11 comprende un único colector 18 en el cual desembocan un tubo de entrada 22 y un tubo de salida 24 para la circulación del fluido refrigerante. En este ejemplo de realización, el evaporador comprende una pluralidad de tubos 70 en forma de U o de horquilla que, como en el caso de realización anterior, permiten la circulación de un fluido refrigerante y el almacenamiento de un fluido de transformación de fase. Cada uno de los tubos 70 comprende una parte interior 72 en la cual están formadas las cavidades 32 (no visibles en el dibujo) para almacenar el fluido de transformación de fase y una parte exterior 74 que contiene canales 28 (no visibles en el dibujo) para la circulación del fluido refrigerante.
Cada uno de los tubos 70 está ventajosamente realizado por extrusión de un material metálico del tipo definido anteriormente. El fluido refrigerante circula en los canales 28 en uno o varios pasos. Por otra parte, el fluido de transformación de fase está contenido en las cavidades 32, las cuales se comunican entre ellas por pasos adecuados del colector, y con dos conductos 76, de los cuales sólo se ve uno en la vista en sección de la figura 11. Entre los tubos y en el interior de los tubos en U están previstos intercalares ondulados 16 análogos a los representados en la figura 11.
En la forma de realización de la figura 12, el evaporador comprende un único colector 18 en el cual desembocan tubos 80 en forma de U o de horquilla que contienen canales 28 (no visibles en el dibujo) para la circulación del fluido refrigerante. Estos tubos en U u horquilla 80 están rodeados exteriormente por un tubo único 82, en forma de serpentín, en el cual están dispuestas cavidades 32 (no visibles en el dibujo) que contienen el fluido de transformación de fase.
En esta forma de realización, se constituye el equivalente de un serpentín, pero este serpentín está formado por una parte por tubos 80 en forma de U y por otra parte por el serpentín 82 que rodea los tubos 80. En una variante de realización (no representada) se podría realizar un serpentín único incorporando los canales y las cavidades. Aunque no esté representado en la figura 12, el evaporador puede incorporar además intercalares ondulados 16 análogos a los descritos anteriormente.
La figura 13, a la que se hace referencia ahora, muestra las variaciones de temperatura del aire a la salida de un evaporador en función del tiempo, por una parte para un evaporador clásico es decir sin almacenamiento de fluido de transformación de fase (curva A) y por otra parte para un evaporador según la invención con almacenamiento de un fluido de transformación de fase (curva B). En este caso se parte de la hipótesis de que la temperatura del aire exterior es de 35ºC y que la humedad relativa del aire exterior es de 40%. Cuando se pone en marcha el circuito de climatización, la temperatura baja de 35ºC para llegar muy rápidamente a una temperatura de salida comprendida entre 0ºC y 5ºC.
A continuación se para la climatización al cabo de un tiempo TA de aproximadamente 15 minutos. Desde que la climatización se detiene, la temperatura vuelve a subir en ambos casos. Sin embargo, en el caso de un evaporador clásico, la subida de temperatura es mucho más brusca, mientras que en el caso de un evaporador según la invención, la curva se amplifica y se constata que el retorno a una temperatura cercana a los 35ºC es mucho más lento.
Por consiguiente, se demuestra que la utilización de un evaporador con almacenamiento de fluido de transformación de fase, según la invención, permite almacenar energía térmica (frigorías) y transmitirla al flujo de aire al detenerse el funcionamiento del evaporador.
La invención se aplica también, como ya se ha indicado, a radiadores de calefacción recorridos por un fluido calentador. El fluido de almacenamiento térmico constituye entonces una reserva de calor o de calorías. Este fluido es entonces ventajosamente, pero no obligatoriamente, un fluido de transformación de fase con una temperatura de fusión comprendida entre 60 y 90ºC, preferentemente entre 70 y 80ºC. Este fluido está entonces seleccionado entre las parafinas, sales hidratadas y compuestos eutécticos.
Entre las parafinas, se pueden citar especialmente las conocidas con los nombres comerciales RT65, RT80 y RT90 de la sociedad RUBITHERM o incluso TH89 y TH58 de la sociedad TEAP.
La invención es susceptible de numerosas variantes de realización. Se aplica más concretamente a los vehículos automóviles de motores de combustión interna, pero también a motores eléctricos o híbridos.
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Referencias citadas en la descripción
Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista 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 u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.
Documentos de patente citados en la descripción
\bullet EP 1221389 A [0011]

Claims (15)

1. Intercambiador de calor para un circuito de fluido recorrido por un fluido caloportador, que comprende por lo menos un colector (18) que delimita una entrada (22) y una salida (24) para el fluido caloportador, canales de circulación (14) del fluido caloportador interpuestos entre la entrada (22) y la salida (24), superficies de intercambio de calor (16) asociadas a los canales de circulación del fluido caloportador y adecuadas para ser barridas por un flujo de aire a tratar, cavidades (32) adaptadas para contener un fluido de almacenamiento térmico, dispuestas adyacentes a los canales de circulación (14, 114)...) del fluido caloportador, y asociadas a las superficies de intercambio de calor (16), de manera que el fluido de almacenamiento térmico sea capaz de intercambiar calor con el flujo de aire que barre las superficies de intercambios de calor, en caso de detenerse la circulación del fluido caloportador en el circuito caracterizado por el hecho de que el colector (18) comporta una cubierta (38) dispuesta en una placa colectora (40) formada por una superposición de placas, delimitando la cubierta (38) dos conductos longitudinales (60) que se comunica a través de pasos (62) con las cavidades (32) de los tubos (14) con el fin de establecer una comunicación entre las cavidades (32) de los distintos tubos, estando los conductos (60) y los pasos (62) constituidos por aberturas de forma adecuada practicadas a través de las placas apiladas que constituyen la placa colectora (40).
2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende una multiplicidad de tubos planos paralelos (14) que tienen dos caras mayores opuestas y en los cuales están formados los canales (28) y las cavidades (32), y una multiplicidad de intercalares ondulados (16) que forman superficies de intercambio de calor, cada una de las cuales está dispuesta entre dos tubos adyacentes (14).
3. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que cada tubo plano (14) está compuesto por dos partes en forma de placas, a saber una parte (26) en la cual están formados los canales (28) y una parte (30) en la cual están formadas las cavidades (32).
4. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que cada tubo plano (114, 214, 314) es monobloque, y por el hecho de que los canales (28) están dispuestos a lo largo de una de las caras mayores, mientras que las cavidades (32) están dispuestas a lo largo de la otra cara mayor.
5. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que cada tubo plano (414) es monobloque, por el hecho de que los canales (28) están dispuestos por grupos entre las caras mayores, y por el hecho de que las cavidades (32) están igualmente dispuestas por grupos entre las caras mayores, alternando los grupos de canales con los grupos de cavidades.
6. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende una multiplicidad de tubos planos (70) en forma de horquilla o de U en los cuales están formados los canales (28) y las cavidades (32), y una multiplicidad de intercalares ondulados (16) que forman superficies de intercambios de calor cada una de las cuales está dispuesta entre dos tubos adyacentes.
7. Intercambiador de calor según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que cada tubo plano en U (70) es monobloque.
8. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende un tubo plano (80, 82) en forma de serpentín en el cual están formados los canales (28) y las cavidades (32).
9. Intercambiador de calor según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el tubo plano en forma de serpentín está formado por una multiplicidad de tubos interiores (80) en U en los cuales están formados los canales (28) y por un tubo exterior (82) en serpentín que rodea los tubos en U y en el cual están formadas las cavidades (32).
10. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que los tubos (14, 214...) están formados por extrusión de un material metálico, ventajosamente a base de aluminio.
11. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que está realizado en forma de un evaporador dispuesto para ser recorrido por un fluido refrigerante y para enfriar el flujo de aire que barre las superficies de intercambio de calor, y por el hecho de que el fluido de almacenamiento térmico es un fluido de transformación de fase que tiene una temperatura de fusión comprendida entre 0ºC y 10ºC, preferentemente entre 5ºC y 7ºC, de manera que el fluido de almacenamiento térmico sea capaz de enfriar el flujo de aire que barre las superficies de intercambios de calor, en caso de interrupción momentánea de la circulación del fluido refrigerante.
12. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que está realizado en forma de radiador de calefacción dispuesto para ser recorrido por un fluido calentador y para recalentar el flujo de aire que barre las superficies de intercambio de calor, y por el hecho de que el fluido de almacenamiento térmico constituye una reserva de calor, de manera que el fluido de almacenamiento térmico sea capaz de recalentar el flujo de aire que barre las superficies de intercambio de calor, en caso de interrupción momentánea de la circulación del fluido calentador en el radiador de calefacción.
\newpage
13. Intercambiador de calor según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que el fluido de almacenamiento térmico es un fluido de transformación de fase que tiene una temperatura de fusión comprendida entre 60 y 90ºC, preferentemente entre 70 y 80ºC.
14. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por el hecho de que el fluido de almacenamiento térmico está escogido entre parafinas, sales hidratadas y compuestos eutécticos.
15. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado por el hecho de que el fluido de almacenamiento térmico es agua.
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