ES2322758T3 - Dispositivo de regulacion termica para el habitaculo de un vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (10) de regulación térmica para el habitáculo de un vehículo automóvil, que comprende: - un primer circuito cerrado de intercambio térmico (12), dentro del cual circula un líquido de refrigeración y que comprende un motor térmico (14) destinado a enfriarse y un radiador de refrigeración (16) que funciona sobre el aire, - al menos un segundo circuito cerrado de intercambio térmico (20), dentro del cual circula un fluido frigorígeno y que comprende un condensador (24), en relación térmica directa o indirecta con el primer circuito de intercambio térmico (12), un elemento de expansión (32), un evaporador que funciona sobre el aire (34) dispuesto en un conducto de ventilación para refrigerar el habitáculo, y un compresor (36), y - un radiador de calefacción (22) dispuesto también en dicho conducto de ventilación (40), comprendiendo dicho dispositivo, por otro lado, medios de extracción (45, 46) hacia el exterior del habitáculo de la potencia térmica disipada por el radiador de calefacción (22) o el evaporador (34), respectivamente cuando el radiador de calefacción (22) funciona en modo de bomba de calor sobre el aire, tomando calorías al primer circuito de intercambio térmico (12) o cuando el evaporador (34) produce frigorías en el segundo circuito de intercambio térmico (20), caracterizado por el hecho de que dicho radiador de calefacción (22) está en relación térmica con dicho condensador (24).
Description
Dispositivo de regulación térmica para el
habitáculo de un vehículo automóvil.
La invención se refiere a un dispositivo de
regulación térmica para el habitáculo de un vehículo automóvil.
Se aplica, en particular, a la climatización de
un habitáculo de vehículo.
En los aparatos actuales de climatización y/o
calefacción para el habitáculo de un vehículo automóvil, los
circuitos de aire climatizado utilizan generalmente un condensador
sobre el aire colocado sobre el radiador del motor, el circuito del
líquido de refrigeración del motor y el circuito del fluido de
climatización, que son independientes. Se conoce un dispositivo de
este tipo a partir del documento FR 2.524.060, que se considera
como el antecedente más cercano. Una posibilidad para mejorar los
intercambios térmicos es utilizar un único intercambiador que
trabaja sobre el agua y que reúne las superficies de intercambio del
condensador y el radiador. En esta configuración, es necesario, sin
embargo, añadir un condensador sobre el agua para garantizar la
condensación del refrigerante. Esta solución es interesante si, y
solamente si, la distribución de la superficie de intercambio es
modular con el fin de favorecer, según los casos, o el circuito a
baja temperatura dedicado a la climatización (motor al ralentí o
cambio de dirección a baja velocidad), o el circuito a alta
temperatura dedicado a la refrigeración del motor (sobrecarga
térmica con vehículo en movimiento). Ahora bien, este modo de
funcionamiento dual no se optimiza y requiere un intercambiador de
agua/refrigerante suplementario, así como unos medios de
distribución vinculados al intercambiador modular con el fin de
favorecer la climatización o la refrigeración.
Para solucionar este problema, la invención
propone enriquecer el concepto presentado anteriormente modificando
el aparato de modo que pueda, en particular, funcionar en modo de
bomba de calor.
Más concretamente, la invención tiene por objeto
un dispositivo de regulación térmica para el habitáculo de un
vehículo automóvil que comprende:
- un primer circuito cerrado de intercambio
térmico, dentro del cual circula un líquido de refrigeración y que
comprende un motor térmico destinado a refrigerarse y un radiador de
refrigeración que funciona sobre el aire,
- al menos un segundo circuito cerrado de
intercambio térmico, dentro del cual circula un fluido frigorígeno
y que comprende un condensador en relación térmica directa o
indirecta con el primer circuito, un elemento de expansión, un
evaporador que funciona sobre el aire dispuesto en un conducto de
ventilación para refrigerar el habitáculo, y un compresor, y
- un radiador de calefacción en relación térmica
con el condensador y dispuesto en dicho conducto de ventilación,
comprendiendo dicho dispositivo, por otro lado,
medios de extracción hacia el exterior del habitáculo de la
potencia térmica disipada por el radiador de calefacción o el
evaporador, respectivamente cuando el radiador de calefacción
funciona en modo de bomba de calor sobre el aire tomando calorías
del primer circuito de intercambio térmico o cuando el evaporador
produce las frigorías en el segundo circuito de intercambio
térmico.
Así, cuando la temperatura exterior es elevada,
en particular en verano, el radiador de calefacción del aparato de
climatización se utiliza en modo de "bomba de calor" para
evacuar el calor del radiador del motor, es decir, para aligerar el
radiador del motor de una parte de la carga térmica que se le pide
para refrigerar dicho motor, estando este último al ralentí, en un
régimen clásico de funcionamiento, o en plena carga. Esta carga
térmica se evacua a continuación fuera del habitáculo para evitar la
calefacción, mientras que la temperatura exterior es elevada.
Cuando la temperatura exterior es baja, por
ejemplo en invierno, el evaporador del aparato de climatización se
utiliza para producir frío (frigorías), lo que va a crear calor en
el condensador. El condensador transfiere estas calorías así
producidas al radiador del motor, el cual calienta a su vez el
radiador del habitáculo. El frío se evacua por otra parte del
habitáculo para evitar refrigerar éste inútilmente.
De una manera preferida, los medios de
extracción están constituidos por una solapa que sella el conducto
de derivación, que desvía el aire que transporta la potencia térmica
disipada para evacuarlo fuera del conducto de ventilación.
Ventajosamente, la solapa de obturación del
conducto de derivación para la extracción de la potencia térmica
disipada por el radiador de calefacción es independiente de la
solapa de obturación del conducto de derivación para la extracción
de la potencia térmica disipada por el evaporador.
Preferiblemente, cada solapa es flexible en
posición para hacer variar la potencia térmica extraída fuera del
conducto de ventilación.
Según un modo preferido de realización de la
invención, el dispositivo comprende, por otro lado, un tercer
circuito cerrado de intercambio térmico, dentro del cual circula un
fluido de refrigeración y que comprende el radiador de
refrigeración, el condensador y dicho radiador de calefacción.
Preferiblemente, el radiador de calefacción y el
condensador pertenecen también al primer circuito de intercambio
térmico y son cruzados por el mismo líquido de refrigeración.
De manera ventajosa, el radiador de
refrigeración presenta una superficie de intercambio flexible
distribuida entre el primer y el tercer circuitos de intercambio
térmico, con el fin de favorecer la refrigeración del motor o la
calefacción del habitáculo.
Otras características, detalles y ventajas de la
invención se apreciarán a partir de la lectura de la descripción
hecha en referencia a los dibujos adjuntos dados como ejemplo, que
representan respectivamente:
- La figura 1, un esquema de un primer modo de
realización de un dispositivo de regulación térmica según la
invención,
- La figura 2, una vista esquemática de un
segundo modo de realización de un dispositivo de regulación térmica
según la invención, y
- Las figuras 3a a 3e, las vistas esquemáticas
en sección de un conducto de circulación de aire dentro del cual se
coloca una parte del dispositivo de las figuras 1 ó 2.
Según el modo de realización de la figura 1, un
dispositivo de regulación térmica 10 para el habitáculo de un
vehículo comprende, según la invención, un primer circuito cerrado
12 de intercambio térmico dentro del cual circula un líquido de
refrigeración de tipo conocido. Este primer circuito 12 comprende el
motor 14 del vehículo, un intercambiador térmico 16 de tipo líquido
termoportador/aire como radiador de refrigeración de aletas
colocado delante de un compartimento del motor, un intercambiador
térmico 22 de tipo líquido termoportador/aire, como radiador de
calefacción colocado en un conducto de ventilación del dispositivo
(véase las figuras 3a a 3e), y un intercambiador térmico 24 de tipo
líquido termoportador/fluido frigorígeno como condensador. En este
primer circuito de intercambio térmico 12, el aire fresco cruza el
radiador de refrigeración 16 para enfriar el líquido de
refrigeración que circula en el mismo. Este líquido cruza el
radiador que funciona sobre el aire 22, a continuación del
condensador 24 antes de entrar en contacto con el motor 14 para
refrigerarlo.
El dispositivo de regulación térmica 10
comprende también un segundo circuito cerrado de intercambio
térmico 20 dentro del cual circula un fluido frigorígeno. Este
segundo circuito comprende, según el sentido de circulación del
fluido frigorígeno, el condensador 24, una válvula de expansión 32,
un intercambiador térmico 34 de tipo fluido frigorígeno/aire, como
evaporador, y un compresor 36. En este segundo circuito 20, el
fluido frigorígeno se vaporiza en el evaporador 34 retirando del
calor a una fuente fría, tal como el aire pulsado. El compresor 36
aspira el fluido frigorígeno vaporizado y lo rechaza en el
condensador 24 enfriado mediante intercambio térmico con una fuente
caliente constituida, en el caso presente, por el líquido de
refrigeración del segundo circuito de intercambio térmico 20. El
fluido frigorígeno se condensa en el condensador 24 y circula en
dirección de la válvula de expansión 32, que reduce su presión antes
de enviarlo hacia el evaporador 34 para terminar su ciclo
cerrado.
Según el modo de realización de la figura 2, el
primer circuito de intercambio térmico 12 sólo comprende el motor
14 y el radiador de refrigeración 16, pero el dispositivo comprende,
por el contrario, un tercer circuito cerrado de intercambio térmico
30 que comprende el radiador de refrigeración 16, el radiador de
calefacción 22 y el condensador 24. Estos dos circuitos comparten
el mismo líquido de refrigeración. Ventajosamente, tal como se
representa en la figura 2, el radiador de refrigeración 16 presenta
una superficie de intercambio flexible distribuida entre el primer
y tercer circuitos de intercambio térmico, con el fin de favorecer
el refrigeración del motor o la calefacción del habitáculo, según
las necesidades.
Estos dispositivos 10 pueden tener cinco modos
de funcionamiento descritos a continuación:
- El dispositivo de regulación 10 funciona en
modo muy frío en la figura 3a, es decir, el aire propulsado por un
pulsador 38 cruza el evaporador 34 y se enfría con su contacto antes
de ser enviado hacia el habitáculo por el conducto de ventilación
40;
- El dispositivo de regulación 10 funciona en
modo muy caliente en la figura 3b, es decir, el aire propulsado por
el pulsador 38 cruza el radiador de calefacción 22 y se calienta con
su contacto antes de ser enviado hacia el habitáculo por el
conducto de ventilación 40;
- El dispositivo de regulación 10 funciona en
modo de deshumidificación en la figura 3c, es decir, el aire
propulsado por el pulsador 38 cruza el evaporador 34, se enfría y se
deseca con su contacto, luego cruza el radiador de calefacción 22
con el fin de calentarse antes de ser enviado hacia el habitáculo
por el conducto de ventilación 40;
- El dispositivo de regulación 10 funciona en
modo de "bomba de frío" en la figura 3d. En invierno, cuando
la temperatura del aire exterior es baja y el motor del vehículo
está al ralentí, o a un régimen normal, o en plena carga, el
evaporador 34 es cruzado por el aire fresco, cuya temperatura es más
elevada que la del fluido de refrigeración que circula en el tercer
circuito de intercambio térmico 30. El aire que así se enfría
mediante el evaporador 34 no se envía al habitáculo para evitar
enfriar a sus inquilinos, sino que se evacúa, por el contrario,
fuera del habitáculo por otro conducto de derivación (no
representado) sellado mediante una segunda solapa articulada 46.
Esta solución permite mejorar la calefacción del habitáculo, ya que
el evaporador, al crear frigorías en el segundo circuito de
intercambio térmico 20, hace subir la temperatura del condensador
24 y mejora así el rendimiento térmico del tercer circuito 30;
- El dispositivo de regulación 10 funciona en
modo de bomba de calor "caliente" en la figura 3e. En verano,
cuando la temperatura del aire exterior es elevada y el motor del
vehículo está al ralentí, o en un régimen normal, o en plena carga,
el radiador de calefacción 22 es cruzado por una corriente de aire
exterior (o reciclado) caliente, cuya temperatura sigue siendo más
baja que la del líquido termoportador que cruza dicho radiador 22
en el primer circuito 12 (solución de la figura 1) o del tercer
circuito 30 (solución de la figura 2). El aire así calentado
mediante el radiador de calefacción 22 no se envía a los conductos
de ventilación, ya que eso causaría un recalentamiento muy nocivo
del habitáculo. Este aire caliente, por el contrario, se evacúa
hacia el exterior del habitáculo, por ejemplo por un conducto de
derivación (no representado) sellado mediante una solapa articulada
45. Esta solución, llamada modo de "bombea de calor en verano",
permite así mejorar la refrigeración del motor 14, disipando una
potencia calorífica más importante que en los dispositivos de la
técnica anterior, sin ninguna molestia sobre la comodidad de los
pasajeros, puesto que el habitáculo se enfría normalmente. En
efecto, el radiador de calefacción 22 aligera el radiador de
refrigeración 16 de una parte de la carga térmica, que se recupera
enfriando el motor 14. Eso mejora el rendimiento del segundo
circuito de intercambio térmico 20.
Las ventajas de las soluciones presentadas son
las siguientes:
- Utilización del circuito de aire climatizado
para la calefacción adicional, sin adición de componentes
frigoríficos de tipo compuerta de 4 vías;
- No hay riesgo de formación de escarcha en el
intercambiador, ya que no está al contacto directo con la nieve,
puesto que se encuentra en el habitáculo del vehículo, o
eventualmente en el compartimento del motor, muy cerca del
tablero;
- no hay riesgo de empañamiento, ya que la
potencia térmica se cede al agua y no sobre el aire;
- Utilización del radiador de calefacción en
radiador a baja temperatura.
No obstante, debe darse por supuesto que estos
ejemplos se dan solamente como ejemplo del objeto de la invención,
que no constituyen de ninguna manera ninguna limitación.
Así, las solapas 45 y 46 pueden girar sobre un
eje de manera flexible entre las posiciones extremas completamente
abierta y completamente cerrada con el fin de hacer variar la
potencia térmica evacuada del conducto de ventilación.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\bullet FR 2524060 [0003]
Claims (7)
1. Dispositivo (10) de regulación térmica para
el habitáculo de un vehículo automóvil, que comprende:
- un primer circuito cerrado de intercambio
térmico (12), dentro del cual circula un líquido de refrigeración y
que comprende un motor térmico (14) destinado a enfriarse y un
radiador de refrigeración (16) que funciona sobre el aire,
- al menos un segundo circuito cerrado de
intercambio térmico (20), dentro del cual circula un fluido
frigorígeno y que comprende un condensador (24), en relación
térmica directa o indirecta con el primer circuito de intercambio
térmico (12), un elemento de expansión (32), un evaporador que
funciona sobre el aire (34) dispuesto en un conducto de ventilación
para refrigerar el habitáculo, y un compresor (36), y
- un radiador de calefacción (22) dispuesto
también en dicho conducto de ventilación (40), comprendiendo dicho
dispositivo, por otro lado, medios de extracción (45, 46) hacia el
exterior del habitáculo de la potencia térmica disipada por el
radiador de calefacción (22) o el evaporador (34), respectivamente
cuando el radiador de calefacción (22) funciona en modo de bomba de
calor sobre el aire, tomando calorías al primer circuito de
intercambio térmico (12) o cuando el evaporador (34) produce
frigorías en el segundo circuito de intercambio térmico (20),
caracterizado por el hecho de que dicho radiador de
calefacción (22) está en relación térmica con dicho condensador
(24).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que los medios de extracción están constituidos por una solapa (45;
46) que sella un conducto de derivación, que desvía el aire que
transporta la potencia térmica disipada para evacuarlo fuera del
conducto de ventilación (40).
3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el
que la solapa (45) que sella el conducto de derivación para la
extracción de la potencia térmica disipada por el radiador de
calefacción (22) es independiente de la solapa (46) del conducto de
derivación para la extracción de la potencia térmica disipada por el
evaporador (34).
4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3, en
el que cada solapa (45, 46) es flexible en posición para hacer
variar la potencia térmica extraída fuera del conducto de
ventilación (40).
5. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que comprende, por otro lado, un tercer circuito cerrado de
intercambio térmico (30), dentro del cual circula un fluido de
refrigeración y que comprende el radiador de refrigeración (16), el
condensador (24) y dicho radiador de calefacción (22).
6. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el radiador de calefacción (22) y
el condensador (24) pertenecen al primer circuito de intercambio
térmico (12) y son cruzados por el mismo líquido de refrigeración
que cruza el radiador de refrigeración (16) y el motor (14).
7. Dispositivo según la reivindicación 5, en el
que el radiador de refrigeración (16) presenta una superficie de
intercambio flexible distribuida entre el primer y el tercer
circuitos de intercambio térmico, con el fin de favorecer la
refrigeración del motor (14) o la calefacción del habitáculo.
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