ES2319617T3 - Instalacion de climatizacion y dispositivo para la regulacion del confort termico en un vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Instalación de climatización que presenta un dispositivo para la regulación del confort térmico en una o varias zonas climáticas de un vehículo automóvil con por lo menos un sensor de temperatura para el registro sin contacto de una temperatura superficial en una zona climática y una salida para la emisión orientada en forma de chorro y/o difusa de aire en esta zona climática, correspondiendo la superficie de medición captada por el sensor de temperatura aproximadamente a la superficie de entrada de aire predeterminado por la orientación de la salida, caracterizada porque durante el funcionamiento, la salida de aire de la salida es variada de tal manera dependiendo del grado de falta de confort/confort en la zona climática, el cual es registrado a través de por lo menos una señal de temperatura superficial del sensor de temperatura, que en caso de una gran falta de confort tiene lugar una salida del aire en forma de chorro, mientras que cuando está cerca del estado de confort tiene lugar una salida de aire difusa.
Description
Instalación de climatización y dispositivo para
la regulación de confort térmico en un vehículo automóvil.
La presente invención se refiere a una
instalación de climatización y a un dispositivo para la regulación
del confort térmico en un vehículo automóvil según el preámbulo de
la reivindicación 1 así como a una instalación de climatización
provista de un dispositivo de este tipo.
El establecimiento de un clima térmico agradable
en habitáculos de vehículos es, debido a la carga térmica
introducida por la irradiación solar, claramente más difícil que en
espacios estacionarios mayores con una carga térmica referida al
volumen menor debida a la irradiación solar. Los motivos son los
siguientes:
- -
- los habitáculos de los vehículos son relativamente pequeños y contienen un volumen de aire pequeño;
- -
- la carga térmica solar, es decir la potencia irradiada, es muy grande a través de las lunas grandes y situadas planas;
- -
- los ocupantes son calentados localmente de forma diferente en parte por la irradiación solar directa dependiendo de la dirección de irradiación y de eventuales sombras existentes;
- -
- las salidas de aire se encuentran únicamente a poca distancia de los ocupantes, con lo cual se forman grandes diferencias de temperatura;
- -
- la superficie de cierre del vehículo calentada por el Sol irradia calor, en la banda de longitudes de onda infrarrojas, a los ocupantes del vehículo. Estos montajes calentados se enfrían claramente de forma más lentas que el aire del aire del habitáculo. La consecuencia es un desequilibrio entre la temperatura del aire y la de la radiación;
- -
- el ajuste manual de las salidas de aire a una irradiación solar determinada es difícil, dado que la orientación del vehículo con respecto de la posición del Sol varía constantemente.
La gran carga térmica del habitáculo del
vehículo que, a causa de las superficies oscuras muy absorbentes,
actúa casi como un colector solar, exige para la compensación una
gran potencia frigorífica la cual es insuflada como corriente de
aire frío en el vehículo. A causa de la poca distancia entre los
ocupantes y las salidas de aire pueden aparecer efectos de
corriente de aire desagradables. Las pequeñas diferencias de
temperatura sobre la superficie de los ocu-
pantes, como la indumentaria o la piel, necesarias para un gran confort, no se pueden conseguir apenas a causa de ello.
pantes, como la indumentaria o la piel, necesarias para un gran confort, no se pueden conseguir apenas a causa de ello.
En invierno las puertas y ventanas frías
conducen a una falta de bienestar en el vehículo, pudiendo
restablecer una irradiación solar que incida desde un lado de nuevo
este bienestar. Tras un calentamiento prolongado del habitáculo del
vehículo automóvil esta irradiación solar que incide lateralmente
puede ser percibida de nuevo otra vez como desagradable. Las
instalaciones de climatización convencionales no reaccionan
suficientemente a los diferentes estados que para el conductor
pueden ser, según las circunstancias, muy diferentes que para los
acompañantes.
Además, se suma que en el breve tiempo de que se
dispone en un trayecto en vehículo con frecuencia relativamente
corto (aproximadamente 10 minutos) no es apenas posible conseguir un
régimen permanente agradable en el habitáculo del vehículo. Tanto
el propio vehículo como también los ocupantes del vehículo están a
causa de ello, durante una gran parte del tiempo, relativamente
alejados de un estado térmicamente equilibrado, en el cual pueda
aparecer confort.
Una gran deficiencia de las instalaciones de
climatización actuales, las cuales funcionan con un sensor de
temperatura dispuesto fijo en un lugar, radica en que el período de
tiempo hasta que se alcanza un estado de confort, medido en los
tiempos medios de marcha, es demasiado prolongado. Estos sensores
están dispuestos, por regla general, en el elemento de control de
la instalación de climatización y tiene lugar un cálculo de la
temperatura del espacio de la cabeza. Para refrigerar el habitáculo
del vehículo calentado hasta una temperatura confortable en el
tiempo más breve posible, se soplan grandes cantidades de aire con
una temperatura muy baja al interior del habitáculo del vehículo.
Al mismo tiempo se forman diferencias de temperatura muy grandes
sobre la superficie de los ocupantes del vehículo. En especial, las
zonas del cuerpo situadas en el cono de salida de las salidas son
refrigeradas demasiado, mientras que otras partes del cuerpo, las
cuales están sometidas a toda la irradiación solar, son calentados
demasiado. En especial cuando los ocupantes están ya ligeramente
sudados al entrar, los efectos de corriente de aire pueden conducir
incluso a efectos nocivos para la salud.
En el caso de un vehículo que está muy frío en
invierno se sopla mucho aire caliente al interior del habitáculo
del vehículo automóvil. Al mismo tiempo algunas zonas pueden ser
calentadas demasiado, cuando el Sol suministra localmente una
aportación de calor suplementaria.
Asimismo, después de alcanzar el estado
estacionario no se tiene en cuenta, con una instalación de
climatización de este tipo con regulación exclusiva de la
temperatura del aire del habitáculo del vehículo, no de la corriente
de calor que actúa sobre los ocupantes del vehículo, que parte de
superficies calentadas tales como mandos, lunas, asientos, etc. del
habitáculo.
Un sensor solar adicional, como los que utilizan
ya en la actualidad, no tiene en cuenta la radiación infrarroja de
onda larga temporalmente muy distinta, la cual parte de las
superficie y montajes interiores, así como las inhomogeneidades
debidas a sombras diferentes y dirección de salida de aire de las
toberas, los cuales pueden conducir a efectos de corriente de aire.
Además, el sensor solar mide únicamente la magnitud perturbadora
(Sol) no así la acción de la magnitud perturbadora y de las
superficies de rodeo sobre los ocupantes del vehículo.
La mejor señal para la medición local y
caracterización de un estado de confort la suministra un sensor de
medición de la temperatura superficial (por ejemplo un sensor
termófilo), el cual tiene en cuenta la acción de todas las
magnitudes térmicamente relevantes, es decir que suministra una
denominada magnitud aditiva de climatización. La utilización de un
sensor de este tipo en la regulación para una instalación de
climatización de vehículo se conoce, por ejemplo, por el documento
EP 0 987 133 A2.
Además, el documento GB 23 44 647 describe una
instalación de climatización de vehículo según el preámbulo de la
reivindicación 1, en la cual se llevan a cabo ajustes
correspondientes de la instalación de climatización dependiendo de
valores de medición de varios sensores infrarrojos dispuestos en el
vehículo.
Partiendo de este estado de la técnica, la
invención se plantea el problema de proporcionar una instalación de
climatización mejorada o un dispositivo para la regulación del
confort térmico, con la cual se puedan evitar las desventajas
mencionadas con anterioridad y con la cual sea posible tener en
cuenta todas las magnitudes de influencia relevantes para el
confort de climatización. En particular, deben ser reconocidas y
compensadas las inhomogeneidades térmicas, las cuales pueden
aparecer a causa de distribuciones de irradiación, que varían
constantemente en cuanto al tiempo y al lugar, sobre las superficies
de los ocupantes, como se producen por direcciones de irradiación y
sombras del Sol cambiantes debidas a variaciones de la dirección de
la marcha, nubes, hileras de árboles y a desplazamientos por
túneles, etc. Asimismo, deben evitarse los efectos de corriente de
aire, por ejemplo debidos a enfriamientos locales a causa de aire
frío.
Otro problema que se plantea la invención es
minimizar la potencia frigorífica necesaria para la consecución de
un confort mejorado y ahorrar carburante.
Este problema se resuelve mediante una
instalación de climatización con las características de la
reivindicación 1.
Resulta ventajosa la creación de zonas de
microclima individuales referidas a los ocupantes y la regulación
de la temperatura del aire y/o de la cantidad de aire en cada zona
climática en su caso por separado.
El dispositivo para la regulación del confort
térmico presenta, por un lado, por lo menos un sensor de temperatura
que registra una superficie de medición que se extiende
espacialmente y una salida para la salida orientada de aire
regulado en cuanto a la temperatura en una instalación de
climatización en una zona de salida correspondiente, según la
invención, la superficie de medición registrada por el sensor de
temperatura aproximadamente a la superficie de entrada de aire
predeterminada por la orientación de la salida.
De este modo, está garantizado que,
independientemente de la orientación de la salida, se mida siempre
la temperatura de la superficie, la cual es relevante para la
sensación térmica y que por ello debe ser también regulada en
cuanto a la temperatura. De este modo, se pueden evitar los
inconvenientes mencionados anteriormente y se puede aumentar el
confort y la sensación de bienestar de los ocupantes.
La temperatura superficial registrada por el
sensor es designada como temperatura superficial resultante y
contiene todas las magnitudes relevantes para el confort como
- -
- temperatura del aire
- -
- transmisión de calor convectiva de la superficie contra la cual se sopla
- -
- enfriamiento de superficie húmedas por evaporación
- -
- color
- -
- coeficiente de absorción de la indumentaria
- -
- temperatura de radiación de la superficie de rodeo (radiación IR de onda larga)
- -
- irradiación solar (espectro de radiación de onda corta),
de tal manera que todas estas magnitudes son
tenidas en cuenta y pueda tener lugar una regulación en cuanto a la
temperatura correcta de la zona registrada.
De esta manera, es posible la regulación de la
temperatura de la zona registrada, incluidas todas las influencias
externas, tales como irradiación solar, sombras, etc. y se consigue
permanentemente la temperatura superficial relevante para el
confort correcta.
Mediante la medición directa de la temperatura
superficial se puede llevar a cabo una climatización directa de los
ocupantes con corrientes de aire convenientes, difusas o directas,
más bien en forma de chorro, dado que una variación de las
condiciones, como por ejemplo irradiaciones solares cambiantes, una
variación, como descenso o elevación, de la temperatura superficial
de confort puede ser registrada e intervenida con técnicas de
regulación inmediatamente. Esta climatización directa puede tener
lugar tanto en forma de chorro, es decir con una velocidad de
circulación alta, como también de manera conveniente de forma
difusa. Con circulación difusa se hace referencia a que el aire
sale de las toberas de salida de gran sección transversal con
velocidades pequeñas o a que el aire sale de las toberas de salida
de manera divergente o abanicada y al afluir al habitáculo del
vehículo automóvil pierde gran parte de su energía cinética.
Al mismo tiempo, el aire de pasajero es
desplazado de manera conveniente o se mezcla aire del habitáculo en
la corriente de aire difusa.
La climatización directa de lleva a cabo,
preferentemente, a través de salidas difusas.
Además, hay que utilizar la temperatura
superficial medida de por lo menos una zona climática para reajustar
el tipo de salida de aire, en por lo menos una zona climática, de
en forma de chorro a difuso. En la zona de gran falta de confort
tiene sentido una climatización en forma de chorro, mientras que
cerca del estado de confort se percibe como agradable una
climatización más bien difusa.
Mediante esta climatización directa de los
ocupantes, en la cual los ocupantes son soplados con aire regulado
en cuanto a la temperatura, se puede ahorrar potencia de calefacción
y de refrigeración, ya que no hay que calentar o refrigerar la
totalidad del habitáculo, incluidas todas las masas de montaje, a
una temperatura confortable, sino que la superficie del cuerpo de
los ocupantes es acondicionada, mediante el soplado directo pero
moderado, con aire acondicionado adecuadamente en cuanto a la
temperatura que, por lo menos de manera aproximada, se consigue un
estado de confort muy grande, gracias a que el ocupante es envuelto
por el aire regulado en cuanto a tempera-
tura.
tura.
Otra ventaja es asimismo que mediante la
climatización directa de cada zona de microclima la acción directa
del aire soplado es registrada rápidamente sobre la señal de
temperatura superficial medida. Así pues, se pueden regular
especialmente rápido condiciones cambiantes en un tiempo muy
breve.
El sensor de temperatura y la salida de aire
están situados, preferentemente, muy próximos uno del otro o forman
incluso una unidad constructiva. La dirección de registro del sensor
de temperatura y la dirección de salida se pueden ajustar
simultáneamente y están adaptadas siempre exactamente una respecto
de la otra.
En una estructuración constructivamente
ventajosa de la invención la salida presenta elementos de conducción
de aire para la indicación de la dirección de circulación, estando
el sensor que mide la temperatura sin contacto sujeto a por lo
menos uno de los elementos de conducción de aire. Gracias a esto,
está garantizado de manera sencilla que éste sensor de temperatura
que mide sin contacto y la salida estén orientados hacia la misma
superficie.
Como perfeccionamiento de la invención el sensor
de temperatura que mide sin contacto consta de un elemento
termófilo.
Cuando la corriente de aire sale, por ejemplo,
en forma de cono y el sensor de temperatura registra el ángulo
sólido, el cual corresponde aproximadamente al ángulo de apertura
del cono de salida de aire, la salida puede estar construido en
especial de manera sencilla, midiendo el ángulo de apertura del
sensor o de la superficie regulada en cuanto a la temperatura por
él de 30º a 120º, preferentemente aproximadamente 60º, de manera que
se puede prescindir de una óptica costosa y el diámetro de la zona
registrada por el sensor corresponde aproximadamente al diámetro de
la superficie ventilada y es igual a la distancia del objeto contra
el que se fluye respecto de la salida. En otro perfeccionamiento de
la invención, la zona de ángulo sólido cargada por la salida y
registrada por el sensor de temperatura puede no presentar simetría
de rotación sino ser, por ejemplo ovalada, con el fin de formar
mejor la totalidad de la zona de superficie de una ocupante de
vehículo automóvil cuya temperatura hay que regular.
Mediante unos sensores termófilos u otros
sensores que trabajen de manera similar se pueden regular las
cantidades de aire y/o las temperaturas del aire en las toberas de
salida individuales con vistas a que las temperaturas superficiales
conseguidas en las zonas de microclima individuales puedan ser
llevadas a una zona confortable. Esto puede tener lugar, por
ejemplo, gracias a que la cantidad de aire y/o la temperatura del
aire en la tobera central y en la tobera lateral esencialmente de
cada ocupante o esencial entre de cada posición de asiento sea
regulada de la misma manera o que sin embargo las toberas laterales
y centrales de cada posición de asiento o de cada ocupante soplen
aire regulado de manera diferente en cuanto a la temperatura y/o
cantidades de aire diferentes, para corresponder con la dirección
de la perturbación como, por ejemplo, una irradiación solar y
compensarla.
Es ventajoso el que a cada ocupante o a cada
posición de asiento esté asignado un sensor, como un sensor
termófilo, el cual está dispuesto, preferentemente en las toberas
de salida o en las proximidades de las toberas de salida. Puede ser
situado, dependiendo del ejemplo de forma de realización, también en
otro punto, como en una columna A, en el elemento de control, sobre
el tablero de mandos o en el techo interior.
Puede ser ventajoso también que no todas las
zonas de microclima sean vigiladas por un sensor propio. Puede
tener lugar asimismo un cálculo de temperaturas en zonas de
microclima mediante sensores de temperatura o termoelementos los
cuales están asignados a otras zonas climáticas. Para la ventilación
de la zona trasera se podrían utilizar preferentemente las señales
de sensores de las posiciones de asiento u ocupantes delanteros.
Según la invención podrían utilizarse también
otras toberas en la columna A, la columna B, la columna C, el techo
interior, el tablero de mandos así como las puertas para la
regulación de la temperatura directa de las zonas de microclima. Al
mismo tiempo no tienen que estar orientadas todas las salidas hacia
los ocupantes o las posiciones de asiento. Sin embargo, cada
posición de asiento o cada ocupante es climatizado por lo menos por
una salida directamente con aire, el cual es regulado mediante un
sensor, un sensor termófilo. La climatización directa de las zonas
de microclima puede tener lugar en forma de chorro, de manera difusa
o con corriente de aire abanicada. La climatización directa tiene
lugar, preferentemente, de manera difusa si bien puede estar
estructurada también de tal manera que, en caso de gran desviación
con respecto a la temperatura superficial teórica, la climatización
tenga lugar, en primer lugar, en forma de chorro y después, al
alcanzarse el estado de confort, de manera difusa.
La señal de sensor, que representa una medida de
la temperatura de la zona de objeto contra la cual sopla la salida,
preferentemente de una zona parcial de un ocupante, es asignada, en
otro perfeccionamiento de la invención, a una unidad de regulación
la cual actúa de tal manera sobre un elemento de control para la
variación de la cantidad de aire soplada por la salida y/o la
temperatura del aire que las zonas de superficie de objeto son
mantenidas a un valor confortable.
La temperatura superficial considerada
confortable varía dependiendo del grosor de la indumentaria. En
verano, con temperaturas altas, se percibe como agradable, debido a
lo ligero de la indumentaria, una temperatura superficial en el
intervalo comprendido entre aproximadamente 26ºC y aproximadamente
31ºC, mientras que en invierno, a causa del grosor de la
indumentaria, la temperatura superficial confortable e inferior,
como por ejemplo en el intervalo comprendido entre 18ºC y 26ºC.
Se evitan corrientes de aire demasiado frías o
demasiado calientes, que podrían percibirse como desagradables. Las
magnitudes de perturbación debidas, entre otras cosas, a relaciones
de radiación que varían con mucha rapidez son compensadas
inmediatamente.
De este modo, se le confiere al dispositivo una
cierta "inteligencia propia" de manera que, en correspondencia
con las especificaciones de temperatura predeterminadas por el
ocupante, el dispositivo ajusta automáticamente la temperatura
deseada en el lugar deseado.
El elemento de control puede ser, en una
realización sencilla, una válvula de estrangulación, dispuesta en
el aparato de climatización o en la salida, con la cual se puede
regular la cantidad de aire. En otra estructuración de la invención
el elemento de control puede comprender una o varias válvulas de
regulación con el cual se puede regular, por ejemplo, el paso a
través de por lo menos un cambiador de calor dispuesto en una
salida. A continuación, sería posible regular la temperatura del
aire primero en la salida, en correspondencia con los ajustes de
temperatura predeterminados y las señales del sensor de
temperatura.
De este modo, se ha creado una salida
"inteligente", a la cual se le indica únicamente la temperatura
que hay que alcanzar y en qué zona y la cual lleva a cabo la
regulación de la temperatura posterior independientemente de las
otras influencias exteriores.
El cambiador de calor podría presentar también,
únicamente o adicionalmente, elementos de calefacción eléctricos,
tales como elementos de coeficiente positivo de temperatura u otros
elementos de calefacción resistivos, con lo cual se suprimen, con
unos costes favorables, conducciones para un medio portador de
calor. El elemento de control sería un regulador eléctrico, con el
cual se puede regular la potencia eléctrica de los elementos de
calefacción.
En otra variante de forma de realización puede
obtenerse la temperatura del aire correcta, mediante mezcla de dos
corrientes de aire reguladas de forma diferente en cuanto a la
temperatura, directamente en la salida o en un aparato de
climatización central.
En una estructuración de la invención el
dispositivo presenta un dispositivo de reconocimiento y control con
el cual se puede reconocer un gradiente de temperatura en la zona de
ángulo sólido registrada. A través de un accionamiento de ajuste
para la salida, para el ajuste automático de la dirección de la
corriente de aire en dirección de la mayor desviación de
regulación, se puede seguir la dirección de salida y, por ejemplo,
fluir contra una zona parcial con mayor precisión con el aire
regulado en cuanto a la temperatura.
Este dispositivo de reconocimiento puede
consistir en que el sensor de temperatura que mide sin contacto la
superficie contra la que se fluye esté subdividido en por lo menos
dos segmentos y calcule un gradiente de temperatura, mediante
comparación de ambas señales. Además, este dispositivo de
reconocimiento puede consistir en que la salida, junto con el
sensor de temperatura que mide sin contacto, realice movimientos
lentos, ligeramente circulares o giratorios, para casi reticular la
zona de superficie que se puede alcanzar, y encontrar la zona de
mayor desviación de regulación.
Así pues, se podría compensar, por ejemplo, la
influencia de posiciones del Sol verticales y/u horizontales. Por
ejemplo, en caso de posiciones del Sol muy altas, por ejemplo al
mediodía en verano, existe una mayor necesidad de refrigeración en
la zona del hipogastrio y los muslos, debida a la irradiación solar,
mientras que la zona del pecho y de la cabeza están situadas
generalmente a la sombra. El dispositivo de reconocimiento y
control orientaría la dirección de salida, mediante medición de la
desviación de regulación, automáticamente en esta dirección para
retirar allí, con aire refrigerado, el calor generado mediante
absorción de la radiación. En caso se posiciones del Sol más bajas
la zona insolada se desplaza cada vez más hacia arriba, lo que es
reconocido por el dispositivo de reconocimiento y control y llevado
posteriormente a la salida.
Ventajosamente, el dispositivo de reconocimiento
y control puede controlar también la potencia del cambiador de
calor.
El dispositivo descrito puede formar parte de
una instalación de climatización de un vehículo automóvil. Al mismo
tiempo, es ventajoso que estén asignados a un ocupante del vehículo
por lo menos dos dispositivos los cuales están dispuestos, en un
plano horizontal, a la izquierda y la derecha del ocupante, con lo
cual, por ejemplo se pueden reducir inhomogeneidades de la
distribución de la temperatura sobre la superficie del ocupantes
correspondiente, por ejemplo mediante irradiación solar cambiante.
Además, un dispositivo podría estar asignado también a la zona del
espacio de los pies, que se encuentra por regla general a la sombra,
de manera que el dispositivo, por ejemplo en invierno, reconoce y
compensa la fuerte irradiación de calor en las superficies de rodeo
muy frías.
Con el dispositivo según la invención tiene
lugar, de forma global, una compensación rápida de inhomogeneidades
locales y temporales de las temperaturas superficiales resultantes.
Mediante el circuito de regulación esencialmente más directo y con
ello más rápido de medición sin contacto de una superficie contra la
cual sopla aire regulado en cuanto a la temperatura se puede
reaccionar, con mucha rapidez, a insolaciones y sombras cambiantes.
Al mismo tiempo se compensa de manera ideal la magnitud
perturbadora principal. Gracias a que ya no hay que refrigerar o
calentar la totalidad del habitáculo incluidas todas las masas, se
alcanzar el estado de confort también esencialmente de forma más
rápida. Además, la potencia de calefacción o de refrigeración
necesaria para la obtención de un determinado estado de confort de
los ocupantes del vehículo es menor. Sobre todo en el caso del
verano se puede reducir con ello el consumo de energía primaria
necesario para la climatización.
Mediante la utilización del dispositivo según la
invención podría realizarse una estandarización de los módulos
individuales abarcando el vehículo, los cuales se diferencian
únicamente por ejemplo por elementos de diseño, sujetos mediante
clip, específicos del vehículo.
En las reivindicaciones subordinadas se
reproducen unos perfeccionamientos ventajosos.
La invención se explica a continuación en
detalle a partir de ejemplos de formas de realización haciendo
referencia al dibujo, en el que:
la Fig. 1 muestra una primera forma de
realización de un dispositivo según la invención para la regulación
del confort térmico:
la Fig. 2 muestra una instalación de
climatización en la cual se puede utilizar un dispositivo según la
invención de la Fig. 1,
las Figs. 3 y 4 muestran unas representaciones
esquemáticas de los modos de actuar de dispositivo según la
invención, dispuestos en cuadros de instrumentos, en caso de
irradiación solar lateral;
la Fig. 5 muestra otra forma de realización del
dispositivo según la invención,
la Fig. 6 muestra una representación
esquemática, y
la Fig. 7 muestra una representación de la
temperatura superficial medida como función de un bienestar
detectado.
\vskip1.000000\baselineskip
Un dispositivo 10, según la invención, para la
regulación del confort térmico en un vehículo automóvil comprende
una salida 12, para la salida orientada de aire acondicionado en una
instalación de ventilación, calefacción o climatización 14, en una
zona de salida, la cual está representada por la superficie de
puntos 16 en la Fig. 1. La salida 12 presenta elementos de
conducción de aire 18, los cuales se pueden ajustar a través de un
elemento de ajuste 20, para fijar de manera variable, la zona de
salida 16 y con ello la dirección del aire que sale, el cual está
indicado mediante flechas 22. Con la corriente de aire que sale de
la salida 12, la cual tiene una temperatura determinada, se fluye
contra una superficie 24, indicada en las Figs. 1 y 5 mediante una
muestra rectangular, la cual puede ser, por ejemplo, una determinada
zona del cuerpo de un ocupante del vehículo.
El dispositivo 10 según la invención presenta
además un sensor de temperatura 26 el cual puede medir sin contacto
la temperatura superficial de la superficie 24, estando el ángulo
sólido \alpha, que puede registrar el sensor de temperatura 26,
dimensionado de tal manera que las superficie de medición 28
registrada por el sensor de temperatura 26, que está representada
rayada en las Figs. 1 y 5, corresponde aproximadamente a la
superficie de entrada de aire predeterminada por la orientación de
los elementos de conducción 18 de la salida 12 o a la superficie de
entrada de aire cargada directamente por la salida 12. Esta zona no
tiene que ser circular.
El sensor de temperatura consiste,
preferentemente, en un sensor termófilo, el cual puede registrar,
sin la utilización de una óptica adicional, aproximadamente el
ángulo sólido cargado por la salida en correspondencia con un
ángulo de apertura comprendido entre 30º y 120º. La corriente de
aire 16 circula en este ejemplo de forma de realización con un
ángulo de apertura el cual corresponde a este ángulo sólido de por
ejemplo 60º o la corriente de aire está orientada de tal manera,
con respecto a la dirección y el ángulo de apertura, que
corresponde a la superficie de medición 28 de la superficie de
entrada de aire registrada por el sensor de temperatura.
La salida 12 presenta, además, un elemento de
conducción de corriente de aire 30 el cual, por ejemplo, puede
estar formado como válvula de estrangulación y que se puede accionar
a través de un elemento de ajuste 32.
El sensor de temperatura 26, el elemento de
ajuste 20 y el elemento de ajuste de válvula de estrangulación 32
están conectados con una unidad de regulación 34 a través de
conducciones de señal y de control correspondientes, representadas
mediante trazos. A través de un aparato de control de la instalación
de climatización 14, no representado con mayor detalle, se pueden
introducir, a través de una conducción de señal 36, valores teóricos
para una posición de temperatura y/o de elemento de conducción de
aire determinada, después de lo cual la unidad de regulación 34
controla correspondientemente el elemento de ajuste 20 y el elemento
de ajuste de válvula de estrangulación 32 de manera que se puede
alcanzar y mantener la temperatura teórica deseada sobre la
superficie 24. Al mismo tiempo la temperatura superficial real es
vigilada por el sensor de temperatura 26 y se controla,
correspondientemente, la válvula de estrangulación 30 con el fin de
alcanzar la temperatura superficial teórica.
El dispositivo 10 según la invención es parte de
la instalación de climatización 14 representada esquemáticamente en
la Fig. 2, la cual presenta una carcasa de conducción de aire 40, en
la cual está dispuesto un soplador 42 para el transporte de aire
fresco y de circulación. El aire es enfriado en un cambiador de
calor de refrigeración 44, por ejemplo un evaporador de un circuito
de medio refrigerante no representado con mayor detalle, y puede
hacerse pasar como aire frío por delante de un cambiador de calor de
calefacción 46 o puede ser calentado en el cambiador de calor de
calefacción 46 y ser suministrado, como aire caliente, al espacio de
mezcla de aire 48, pudiendo ajustarse la relación entre aire
caliente y frío a través de una válvula de mezcla 50. Del espacio
de mezcla de aire 48 se ramifican un canal de deshielo 52, un canal
de aire de ventilación 54 y un canal de espacio de los pies 56. De
manera opcional los canales de aire se pueden obturar mediante
válvulas 58, 60, 62. A través del canal de aire de deshielo 52, se
puede suministrar aire directamente al parabrisas.
A través del canal de aire de ventilación 54 se
suministra aire a por lo menos un dispositivo 10 según la
invención, pudiendo estar dispuestos en un cuadro de instrumentos
64, como está representado en las Figs. 3 y 4, por ejemplo tres
dispositivos 10 según la invención, estando dispuestos en cada caso
uno en el lado izquierdo 10.1 y derecho 10.3 y un tercero 10.2 en
posición central en el centro. Esta disposición tiene la ventaja de
que, por ejemplo, en caso de una irradiación solar desde la
izquierda, como está representada en la Fig. 3 mediante unas
flechas 66, el dispositivo 10.1 dispuesto a la izquierda del
conductor puede orientar una gran potencia de refrigeración sobre
el lado izquierdo del conductor. El dispositivo 10.2 dispuesto en
el centro puede orientar asimismo una gran potencia de refrigeración
sobre el lado izquierdo del acompañante y el dispositivo 10.3
dispuesto sobre el lado derecho puede refrigerar, con una potencia
de refrigeración reducida adecuada en cada caso a las necesidades,
el lado derecho en sombra del acompañante. La potencia de
refrigeración pequeña del dispositivo 10.3 está representada, en la
Fig. 3, mediante puntos más pequeños en la zona de salida 16.3.
La incidencia del Sol desde la derecha, como
está representado en la Fig. 5 en base a las flechas 68, se
refrigeran ahora, mediante los dispositivos 10.2 y 10.3, en cada
caso el lado derecho del conductor y el acompañante, refrigerando,
según las necesidades, en cada caso el dispositivo 10.1 ahora el
lado izquierdo del conductor con una potencia menor.
En total, se proporciona un mayor confort para
el conductor y el acompañante, en caso de incidencia variable del
Sol.
Como perfeccionamiento de la invención la unidad
de regulación puede contener un dispositivo de reconocimiento y
control con el cual se puede reconocer un gradiente de temperatura
sobre la superficie 24 cuya temperatura hay que regular en la zona
de ángulo sólido 28 registrada. Para ello los elementos de
conducción de aire 18 del elemento de ajuste 20 pueden ser movidos,
por ejemplo, de tal manera de forma circular que el sensor de
temperatura 26, conectado con los elementos de conducción de aire,
realice un movimiento ligeramente circular o giratorio y de este
modo se puede detectar un gradiente de temperatura sobre la
superficie 24 medida. Tras la determinación del gradiente de
temperatura se puede desplazar el centro de gravedad del movimiento
circular en la dirección del gradiente, de manera que el centro del
cono de salida de aire es desplazado, por ejemplo, en dirección de
la mayor necesidad de refrigeración.
En otra forma de realización del dispositivo 10
según la invención, están dispuestos en la salida 12, como está
representado en la Fig. 5, por lo menos uno, preferentemente dos
más, cambiadores de calor pequeños, pudiendo ser un primer
cambiador de calor 70 un cambiador de calor de refrigeración y un
segundo cambiador de calor 72 un cambiador de calor de calefacción.
A través de una válvula de regulación 74 se puede regular el paso
de medio portador de calor a través del cambiador de calor de
refrigeración 70 y, correspondientemente, se puede regular con una
válvula de regulación 76 el paso a través del cambiador de calor de
calefacción 72. Las válvulas de regulación 74 y 76 están
conectadas, a través de conducciones de señal 78 y 80, con la unidad
de regulación 34, de manera que a través de la unidad de regulación
34 se puede ajustar, mediante la unidad de regulación 34, la
temperatura del aire saliente en la zona de salida 16. De manera
opcional se puede medir y controlar la temperatura del aire en la
salida 12 adicionalmente a través de un sensor de temperatura
82.
En caso de utilización de un dispositivo 10
según la invención de este tipo ya no son necesarios los cambiadores
de calor de calefacción y de refrigeración 44 y 46 en la carcasa de
conducción de aire 40, dado que la regulación de la temperatura del
aire se lleva a cabo al final de los canales de aire
correspondientes en cada caso en las salidas 12 individuales. De
este modo, resulta una notable ganancia de espacio constructivo en
la zona de la instalación de climatización 14 central.
Las conducciones de medio portador de calor para
el cambiador de calor de calefacción 42 podrían ahorrarse cuando
este cambiador de calor de calefacción 42 contenga elemento de
calefacción eléctrico como, por ejemplo, elementos de coeficiente
positivo de temperatura. La válvula de regulación 76 sería
sustituida entonces por un regulador de potencia eléctrico. Las
exigencias de potencia a la red de a bordo del vehículo aumentadas
con ello se pueden realizar sin problemas cuando en vehículos
futuros se realice una red de a bordo de 42 voltios.
En una forma de realización, no representada con
mayor detalle, del dispositivo 10 según la invención está previsto
en la salida 12 únicamente un cambiador de calor de calefacción, de
tal manera que en la instalación de climatización 14 el aire es
refrigerado únicamente a través del cambiador de calor de
refrigeración 44 y, si es necesario, en cada salida 12 individual
es calentado de nuevo hasta la temperatura deseada correspondiente.
Con ello se ha creado, de forma sencilla, una concepción de
climatización en la cual las zonas de habitáculo de vehículo
automóvil asignadas a salidas individuales están reguladas de manera
diferente en cuanto a la temperatura, con lo cual se continúa
aumentando el confort para los ocupantes, dado que cada uno de los
ocupantes puede ajustar su temperatura individual.
En otra forma de realización, no representada,
se mezcla con el aire climatizado, en la tobera de salida o en el
aparato de climatización, aire no regulado en cuanto a la
temperatura, para ajustar para cada tobera de salida una
temperatura propia. La preparación del aire no controlado en cuanto
a la temperatura podría tener lugar, por ejemplo, a través de un
canal de aire propio, el cual conduce hasta cada tobera de salida y
que es mezclado allí, a través de una válvula de mezcla, con el aire
regulado en cuanto a la temperatura. La mezcla del aire no
controlado en cuanto a la temperatura puede tener lugar sin embargo
también a través de un soplador propio pequeño en las salidas, con
lo cual se mezcla aire del habitáculo con el aire regulado en
cuanto a la temperatura preparado por la instalación de
climatización en el canal de aire y se consigue con ello la
temperatura del aire predeterminada por la unidad de regulación.
La Figura 6 muestra una representación
esquemática de dos personas 100 y 101 que se encuentran en un
vehículo automóvil. Delante de las personas, están dispuestas unas
toberas 110, 111, 112, y 113, de las cuales salen corrientes de
aire. Las corrientes de aire son dirigidas al mismo tiempo de manera
selectiva en dirección hacia los ocupantes.
El Sol 120 representa una influencia o fuente de
perturbación y da lugar, a causa de la radiación 120a lateral, a
una radiación diferente dependiendo de la dirección, la cual conduce
a una regulación de la temperatura diferente de los ocupantes. El
ocupante 101 presenta, debido a la irradiación solar, una zona 101a
reforzada, la cual presenta una temperatura superficial aumentada.
La zona 101b no está tan calentada gracias a las sombras. Se puede
comprara con las zonas 100a y 100b del segundo ocupante 100.
Mediante la salida selectiva de aire
diferentemente caliente se puede actuar contra esta distribución de
temperatura no homogénea. Las salidas 110 a 113 pueden dejar salir,
de manera selectiva, aire diferentemente frío, de manera que pueden
tener lugar, de manera efectiva, una refrigeración directa. De las
salidas 113 sale aire relativamente frío en comparación con las
salidas 110, estando situadas las salidas 111 y 112 entre ellas de
manera ventajosa con sus temperaturas de salida. La cantidad de aire
que sale de cada salida puede ser diferentemente grande de manera
que de las salidas con una necesidad de refrigeración alta salga
especialmente mucho aire.
La Figura 7 muestra una representación de una
temperatura superficial de personas de prueba en diferentes puntos
del cuerpo como función del bienestar en cada casi de las personas
de prueba en cada caso. Las mediciones se han llevado a cabo con
una indumentaria veraniega. Simultáneamente a la recogida de valores
de medición de la temperatura superficial en la indumentaria o en
el cuerpo se pregunto a las personas de prueba sobre un indicador
de bienestar en el intervalo de -3, para muy frío, hasta +5, para
muy caliente. Las diferentes personas y los diferentes puntos del
cuerpo o posiciones de indumentaria generan al mismo tiempo en esta
consideración una dispersión según la Figura 7. La línea continua
representa al mismo tiempo un valor medio o un recorrido
promediado, según el cual para una temperatura superficial de
aproximadamente 28ºC hasta 29ºC existe un bienestar medio. Esta
temperatura varía sin embargo, para personas diferentes, en el
intervalo comprendido entre aproximadamente 26ºC y aproximadamente
33ºC, de acuerdo con las líneas discontinuas.
Para otra situación de tipo de indumentaria, es
decir para una indumentaria más caliente, la curva se desplaza o se
desplazan los puntos de medición hacia temperaturas más bajas.
La adaptación de la temperatura de bienestar
puede tener lugar, por ejemplo, mediante por lo menos un elemento
de ajuste o varios elementos de ajuste, mediante los cuales la
temperatura superficial que hay que adaptar al bienestar se puede
ajustar sobre la base de la situación indumentaria. Un elemento de
ajuste de este tipo puede ser, por ejemplo, un regulador u otra
posibilidad de ajuste, la cual puede ser ajustada por el
ocupante.
Claims (29)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Instalación de climatización que presenta un dispositivo para la regulación del confort térmico en una o varias zonas climáticas de un vehículo automóvil con por lo menos un sensor de temperatura para el registro sin contacto de una temperatura superficial en una zona climática y una salida para la emisión orientada en forma de chorro y/o difusa de aire en esta zona climática,correspondiendo la superficie de medición captada por el sensor de temperatura aproximadamente a la superficie de entrada de aire predeterminado por la orientación de la salida,caracterizada porque durante el funcionamiento, la salida de aire de la salida es variada de tal manera dependiendo del grado de falta de confort/confort en la zona climática, el cual es registrado a través de por lo menos una señal de temperatura superficial del sensor de temperatura, que en caso de una gran falta de confort tiene lugar una salida del aire en forma de chorro, mientras que cuando está cerca del estado de confort tiene lugar una salida de aire difusa. - 2. Instalación de climatización según la reivindicación 1, caracterizada porque el sensor de temperatura es un sensor que reacciona a la radiación, a modo de radiación infrarroja.
- 3. Instalación de climatización según la reivindicación 2, caracterizada porque el sensor de temperatura (26) es un sensor termófilo.
- 4. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sensor de temperatura (26) y la salida (12) forman una unidad constructiva.
- 5. Instalación de climatización según la reivindicación 4, caracterizada porque la salida (12) presenta unos elementos de conducción de aire (18) para la indicación de la dirección de circulación (22) y el sensor de temperatura (26) está sujeto por lo menos a uno de los elementos de conducción de aire (18).
- 6. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la salida (12) contiene por lo menos un cambiador de calor (70, 72) para la regulación de la temperatura del aire.
- 7. Instalación de climatización según la reivindicación 6, caracterizada porque el cambiador de calor contiene unos elementos de calefacción eléctricos, tales como elementos de coeficiente positivo de temperatura.
- 8. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la corriente de aire que sale de la salida es cónica, con un ángulo sólido de salida redondo, ovalado u otro, y el sensor de temperatura registra aproximadamente el mismo ángulo sólido, el cual corresponde aproximadamente al ángulo de apertura del cono de salida del aire o registra, sustancialmente, la zona superficial la cual es regulada en cuanto a la temperatura directamente por el aire saliente.
- 9. Instalación de climatización según la reivindicación 8, caracterizada porque el ángulo de apertura del sensor de temperatura está sustancialmente en el intervalo comprendido entre aproximadamente 30º y aproximadamente 120º.
- 10. Instalación de climatización según la reivindicación 9, caracterizada porque el ángulo de apertura está comprendido entre 45º y 60º.
- 11. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque un dispositivo de reconocimiento y control, con el cual se puede reconocer un gradiente de temperatura en el intervalo de ángulo sólido registrado, y con un accionamiento de ajuste para la salida destinado al ajuste automático de la dirección de salida de aire en la dirección de la mayor desviación de regulación.
- 12. Instalación de climatización según la reivindicación 11, caracterizada porque el sensor de temperatura está subdividido en dos o más sectores diferentes en cada caso con un elemento de sensor para poder determinar, por lo menos en una dirección, un gradiente de temperatura.
- 13. Instalación de climatización según la reivindicación 11 ó 12 en combinación con la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque el dispositivo de reconocimiento y control controla asimismo la potencia del cambiador de calor.
- 14. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque a una o a varias zonas climáticas está asignada en cada caso por lo menos una salida.
- 15. Instalación de climatización según la reivindicación 14, caracterizada porque hacia cada zona climática se puede fluir directamente de manera individual con diferentes cantidades de aire y/o temperaturas de aire.
- 16. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 14 ó 15, caracterizada porque las salidas son unas toberas centrales y/o toberas laterales, pudiendo climatizarse una zona climática mediante la corriente de aire por lo menos de una tobera central y/o una tobera lateral.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 17. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizada porque las salidas son unas salidas traseras, pudiendo climatizarse una zona climática mediante la corriente de aire por lo menos de una salida trasera.
- 18. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sensor de temperatura está asignado por lo menos a una primera zona climática y por lo menos a una segunda zona climática no está asignado ningún sensor de este tipo, pudiendo determinarse para dicha por lo menos una segunda zona climática unas temperaturas superficiales sobre la base de valores de medición del sensor de temperatura.
- 19. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en una zona climática se puede regular la temperatura superficial de un elemento o de un ocupante.
- 20. Instalación de climatización según la reivindicación 19, caracterizada porque el dispositivo (10) contiene un elemento de control (30) para controlar la potencia de calefacción o refrigeración del aire que incide sobre la superficie (24) contra la cual fluye y el elemento de control (30) y el sensor de temperatura (26) están conectados con una unidad de regulación (34) para la regulación de la potencia de calefacción y refrigeración dependiendo de la señal de sensor de temperatura.
- 21. Instalación de climatización según la reivindicación 20, caracterizada porque la temperatura superficial es regulada a un intervalo de temperaturas comprendido entre aproximadamente 26ºC y 31ºC para una situación con indumentaria ligera y entre aproximadamente 18ºC y 26ºC para una situación con indumentaria caliente.
- 22. Instalación de climatización según la reivindicación 21, caracterizada porque una situación con indumentaria ligera se reconoce y de diferencia de una situación con indumentaria caliente sobre la base de una temperatura exterior.
- 23. Instalación de climatización según la reivindicación 21 ó 22, caracterizada porque la temperatura superficial teórica se determina como función de la temperatura exterior, dándose por ejemplo una relación lineal entre la temperatura superficial teórica y la temperatura exterior, como:T_teórica_superficie = T_o + a * T_exteriorconT_o = 20ºC ... 27ºCA = 0,05 ... 0,25.
- 24. Instalación de climatización según la reivindicación 23, caracterizada porque el valor T_o depende de un valor que se puede introducir a través de un control.
- 25. Instalación de climatización según por lo menos una de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizada porque el elemento de control (30) está formado como elemento de control de cantidad de aire, por ejemplo a modo de válvula de estrangulación (30).
- 26. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 20 a 24, caracterizada porque el elemento de control está formado a modo de válvula de mezcla para dos corrientes de aire reguladas de forma diferente en cuanto a la temperatura.
- 27. Instalación de climatización según una de las reivindicaciones 19 a 26, caracterizada porque en la salida se mezcla aire con la temperatura no regulada, a través de un pequeño ventilador, lateralmente con respecto al aire regulado en cuanto a la temperatura por el aparato de climatización y se sopla a continuación fuera de la salida, siendo regulada la cantidad de aire mezclado con la temperatura no regulada.
- 28. Vehículo con una instalación de climatización según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a un ocupante del vehículo están asignados por lo menos dos dispositivos (10.1, 10.2, 10.3), los cuales están dispuestos, en dirección horizontal, a la izquierda y la derecha de un ocupante.
- 29. Vehículo con una instalación de climatización según una de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizada porque por lo menos está dispuesto un sensor de temperatura en una columna A y/o en una columna B y/o en una columna C, en la proximidad de una tobera de soplado y/o en el techo interior y/o en una puerta y/o en un elemento de control.
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