ES2330030T3 - Acumulador de almacenamiento de frio. - Google Patents
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Abstract
Acumulador de almacenamiento de frío con un elemento acumulador de frío (10), en particular para una instalación de climatización de vehículo automóvil (1), el cual se puede montar en un circuito de medio refrigerante (5) y que sirve para el enfriamiento de aire que hay que acondicionar para un habitáculo, en particular del vehículo automóvil, estando contenido en el elemento acumulador de frío (10) un medio acumulador de frío (11), midiendo la dimensión (d) más pequeña del elemento acumulador de frío (10) como máximo 2,6 mm y estando el elemento acumulador de frío (10) en contacto, por lo menos en los dos lados exteriores, los cuales están opuestos entre sí en la dirección de la dimensión (d) más pequeña, con un medio que refrigera temporalmente y que es refrigerado temporalmente, caracterizado porque el elemento acumulador de frío (10) está formado por lo menos por un tubo plano de varios canales (13) y el tubo plano de varios canales (13) está insertado, para el posicionamiento y la fijación, a través de una abertura (14) formada correspondientemente en una placa (15).
Description
Acumulador de almacenamiento de frío.
La presente invención se refiere a un acumulador
de almacenamiento de frío, en particular para una instalación de
climatización de vehículo automóvil, según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Un objetivo de los fabricantes de vehículos
automóviles es reducir el consumo de carburante del vehículo
automóvil. Una medida para la reducción del consumo de carburante
es el apagado del motor en caso de parada temporal, por ejemplo al
parar en un semáforo. Esta parada temporal del motor se llama
también funcionamiento Idle-stop. Esta medida se
está aplicando en vehículos automóviles de bajo consumo como, por
ejemplo, los denominados vehículos de tres litros. En vehículos
automóviles que disponen del modo de funcionamiento
Idle-stop, el motor está parada, en el tránsito por
el interior de la ciudad, aproximadamente del 25 al 30% del tiempo
de la marcha.
Este es un motivo por el cual los vehículos de
este tipo no están equipados con una instalación de climatización,
ya que en caso de parada del motor no se puede accionar un compresor
necesario para una instalación de climatización, de manera que en
el funcionamiento "Idle-stop" una instalación
de climatización no es capaz de suministrar la potencia frigorífica
necesaria.
El documento DE 101 56 944 A1 da a conocer una
instalación de climatización para un vehículo automóvil con un
compresor y un evaporador dispuestos en un circuito de medio
refrigerante para el enfriamiento del aire que hay que acondicionar
para el habitáculo, la cual presenta un segundo evaporador para el
enfriamiento del aire, que contiene adicionalmente un medio
acumulador de frío, pudiendo conducirse el aire que hay que
acondicionar, de manera opcional, individualmente a través de cada
evaporador o conjuntamente a través de ambos evaporadores. De
acuerdo con una forma de realización alternativa, el evaporador está
formado, en lugar del segundo evaporador, de tal manera que
presenta dos zonas parciales, y contiene en una de las dos zonas
parciales un medio acumulador de frío, pudiéndose conducir el aire
que hay que acondicionar, opcionalmente, individualmente por cada
evaporador o conjuntamente por ambos evaporadores. Sin embargo, una
instalación de climatización correspondiente deja deseos
insatisfechos.
En el documento US2003/0159455, que se considera
el estado de la técnica más próximo, está previsto un acumulador de
almacenamiento de frío, el cual presenta un elemento acumulador de
frío, en particular para una instalación de climatización de un
vehículo automóvil, el cual está dispuesto en un circuito de medio
refrigerante y que sirve para el enfriamiento de aire que hay que
acondicionar en un habitáculo de vehículo automóvil, estando
contenido en el elemento acumulador de frío un medio acumulador de
frío, midiendo la dimensión más pequeña del elemento acumulador de
frío como máximo 2,6 mm y estando el elemento acumulador de frío
en contacto, por lo menos en los dos lados exteriores, los cuales
están opuestos en la dirección de la dimensión más pequeña, con un
medio que temporalmente enfría y que temporalmente hay que enfriar.
Un espesor de un elemento acumulador de frío que sea de cómo máximo
2,6 mm, asegura una dinámica óptima durante la carga y descarga del
medio acumulador de frío contenido en el elemento acumulador de
frío, de manera que es posible una carga en un tiempo breve, con lo
cual es posible también, durante tiempos de marcha cortos entre las
diferentes paradas, por ejemplo en el tránsito urbano, una carga
suficiente, disponiéndose sin embargo de una potencia frigorífica
suficiente, la cual puede ser llamada en caso de necesidad. Esto
hace posible un gran confort climático durante un funcionamiento
stop-and-go.
El acumulador de almacenamiento de frío está
dispuesto, con ello, en un colector de medio refrigerante por el
lado de baja presión en el circuito de medio refrigerante, después
del evaporador que refrigera el aire para el habitáculo del
vehículo automóvil y antes del compresor que hace circular el medio
refrigerante cuando el motor está en marcha, de manera que en caso
de parada del motor, durante la cual no tiene lugar en su caso
ninguna circulación del medio refrigerante en el circuito de medio
refrigerante, mediante la acción del acumulador de almacenamiento
de frío se suministra, durante un tiempo determinado, medio
refrigerante al evaporador y éste puede extraer en él calor el aire
que circula por él.
La invención se plantea el problema de
proporcionar un acumulador de almacenamiento de frío mejorado. Este
problema se resuelve mediante un acumulador de almacenamiento de
frío con las características de la reivindicación 1. Las
estructuraciones ventajosas son el objetivo de las reivindicaciones
subordinadas.
La dimensión más pequeña de un elemento
acumulador de frío es de como mínimo 0,4 mm, de manera que se puede
asegurar una duración suficiente de la refrigeración.
La disposición del elemento acumulador de frío
en una carcasa es en principio discrecional, si bien debería
seleccionarse de tal manera que una circulación del medio que
circula alrededor del elemento acumulador de frío no se vea
menoscabada, o no lo sea esencialmente. Si están previstos varios
elementos acumuladores de frío estos pueden estar dispuestos
ordenados o desordenados.
El espesor de pared del elemento acumulador de
frío es de preferentemente 0,4 mm, de manera que es posible una
carga y descarga rápidas del elemento acumulador de frío, y el
recipiente tiene únicamente una influencia irrelevante sobre la
dinámica. El espesor de la pared debería ser, por motivos de
resistencia, por regla general por lo menos de
0,1 mm.
0,1 mm.
La relación del perímetro en una sección
transversal con respecto a la extensión longitudinal del elemento
acumulador de frío en un plano, en el cual está situada la dimensión
más pequeña, en un lado interior de la superficie interior del
elemento acumulador de frío encerrada por el mismo, está comprendida
preferentemente, entre 1/mm y 10/mm.
La conductibilidad térmica de la pared del
elemento acumulador de frío está comprendida, preferentemente,
entre 100 y 500 W/mK, en particular entre 200 y 300 W/mK. Por
consiguiente, se tienen en consideración como materiales,
preferentemente, aluminio o cobre, aunque también grafito, acero,
aleaciones cobre-cinc o plásticos.
La conductibilidad térmica del medio acumulador
de frío está comprendida, preferentemente, entre 0,1 y 0,3 W/mk, en
particular entre 0,16 y 0,24 W/mk.
Según la invención, el elemento acumulador de
frío está formado por lo menos un canal de un tubo plano de varios
canales, preferentemente todos los canales del mismo.
En el caso del medio acumulador, se trata
preferentemente de un material PCM (phase change material), el cual
contiene o está formado por, preferentemente, medios que funden de
manera congruente, en especial, decanol, tetradecano, pentadecano o
hexadecano, LiClO_{3}\cdotH_{2}O, soluciones salinas acuosas o
hidratos orgánicos. En el medio acumulador, pueden estar previstos
también unos formadores de gérmenes los cuales aceleran la formación
de cristales.
La temperatura de cambio de fase del medio
acumulador de frío está comprendida, preferentemente, entre 0ºC y
30ºC, en particular entre 2ºC y 15ºC, preferentemente entre 4ºC y
12ºC. Gracias a ello, se asegura que el intercambiador de calor no
se congele.
En el interior del elemento acumulador de frío
puede estar dispuesta, además del medio acumulador de frío, también
una pieza añadida con una gran superficie, tal como, por ejemplo,
una chapa de nervio, una pieza añadida de turbulencia, un género de
punto, un material no tejido o una espuma, la cual obstaculiza o
impide la formación de circulación en el medio acumulador de
frío.
La invención se explica a continuación en
detalle a partir de un ejemplo de forma de realización haciendo
referencia al dibujo, en el que:
la Fig. 1 muestra una representación de un
acumulador de almacenamiento de frío según la invención sin la
representación de la pared exterior radial,
la Fig. 2 muestra una representación del
acumulador de almacenamiento de frío de la Fig. 1 sin tapa,
la Fig. 3 muestra una representación del
acumulador de almacenamiento de frío de la Fig. 1 sin tapa y sin
una parte de los tubos planos que sirven como elementos acumuladores
de frío,
la Fig. 4 muestra una sección longitudinal a
través del acumulador de almacenamiento de frío de la Fig. 1,
la Fig. 5 muestra una sección transversal a
través del acumulador de almacenamiento de frío de la Fig. 1,
la Fig. 6 muestra una vista en perspectiva del
acumulador de almacenamiento de frío de la Fig. 1,
la Fig. 7 muestra una sección transversalmente a
través de un elemento acumulador de frío, como el que se utiliza en
el acumulador de almacenamiento de frío de la Fig. 1, y
la Fig. 8 muestra un circuito de medio
refrigerante, representado esquemáticamente, de una instalación de
climatización según un ejemplo de utilización.
Una instalación de climatización 1 para un
vehículo automóvil presenta un evaporador 2, en el cual es evaporado
un medio refrigerante 3f líquido para proporcionar un medio
refrigerante 3g gaseoso, con lo cual se retira calor de la
corriente de aire que atraviesa el evaporador 2, de manera el
habitáculo del vehículo automóvil puede ser refrigerado en caso de
necesidad.
El medio refrigerante 3, en el presente caso
R134a, se hacer circular, mediante un compresor 4 accionado por el
motor del vehículo automóvil, en un circuito de medio refrigerante
5, expandiéndose y siendo por consiguiente refrigerador el medio
refrigerante 3, pasando del compresor 4 a un condensador 6, en el
cual es refrigerado con la ayuda del aire del entorno, un colector
de medio refrigerante 7 dispuesto a continuación, un elemento de
expansión 8, un acumulador de almacenamiento de frío 9, cuya
estructura y funcionamiento se describe con mayor detalle en un
punto posterior, hacia el evaporador 2, en el cual es evaporado, y
de nuevo hacia el compresor 4.
Como elemento de expansión 8 se utiliza, en el
presente caso, una válvula de expansión termostática, es decir que
la abertura es regulada dependiendo del sobrecalentamiento a la
salida del evaporador, aunque se puede utilizar también otra
válvula correspondientemente adecuada o un estrangulador, como una
válvula de expansión electrónica, la cual es regulada desde el
exterior, o un estrangulador fijo con una abertura fijada. Para la
regulación de la válvula de expansión termostática está previsto un
sensor de temperatura, el cual está dispuesto en el evaporador 2
por el lado de salida.
El acumulador de almacenamiento de frío 9 está
representado con mayor detalle en las Figuras 1 a 6. En el presente
caso se trata, en el caso del acumulador de almacenamiento de frío
9, de una especie de colector de medio refrigerante con
recirculación de aceite en cuyo espacio interior están previsto
elementos acumuladores de frío 10, los cuales contienen un medio
acumulador de frío 11. Al mismo tiempo, se le suministra al
acumulador de almacenamiento de frío 9, desde arriba, un medio
refrigerante 3g gaseosos, en el interior del acumulador de
almacenamiento de frío 9 se condesa el medio refrigerante 3g gaseoso
en las paredes del acumulador de almacenamiento de frío 9 y fluye,
como medio refrigerante 3f líquido, hacia abajo, donde se reúne
sobre una capa de aceite. Con el fin de mantener el funcionamiento
de refrigeración del evaporador 2, también en el caso de una breve
parada del motor, es decir durante un funcionamiento
"Idle-stop", están previstos unos elementos
acumuladores de frío 10 mencionados en el interior del acumulador
de almacenamiento de frío 9, los cuales, durante el funcionamiento
normal, son refrigerados automáticamente por el medio refrigerante 3
que se acumula y, por consiguiente, son llevados a la temperatura
correspondiente. El frío acumulado puede ser cedido a continuación
durante el funcionamiento "Idle-stop", de
manera que puede ser admitido un medio refrigerante que continúe
llegando del evaporador 2 y se puede mantener la corriente de medio
refrigerante, con un plazo señalado, a través del evaporador 2. La
válvula de expansión 8 queda abierta, como consecuencia de la alta
temperatura que reina a la salida del evaporador, de manera que
puede fluir con posterioridad más medio refrigerante 3 del colector
de medio refrigerante 7.
A pesar de que durante el funcionamiento
"Idle-stop" se acumulan debajo un medio
refrigerante 3f líquido y aceite en el acumulador de almacenamiento
de frío 9, no aparecen problemas al volver a poner en marcha el
compresor 4, dado que el líquido acumulador es aspirado. Sobre la
base de un tubo en forma de U en el acumulador de almacenamiento de
frío 9 (ver la Fig. 3) puede llegar únicamente un medio refrigerante
3g gaseoso al compresor 4. La recirculación del aceite está
garantizada mediante un taladro 12 abajo en el tubo en forma de
U.
A continuación, se hace referencia con mayor
detalle a los elementos acumuladores de frío 10 del acumulador de
almacenamiento de frío 9. Estos elementos acumuladores de frío 10
están integrados, en el presente caso, directamente en el
acumulador de almacenamiento de frío 9 y están formados por tubos
planos 13 cerrados por arriba y por abajo, en el presente caso con
cinco canales separados, los cuales están rellenos con el medio
acumulador de frío 11, que sirve para la acumulación de frío y que
se caracteriza por una elevada capacidad térmica o por una
transición de fase en el margen de temperatura correspondiente. Para
aumentar las superficies empalmadas y para mejorar la transmisión
del calor pueden estar previstos, adicionalmente, nervios u otras
estructuras.
Los tubos planos 13 presentan cinco canales, los
cuales están completamente llenos con el medio acumulador de frío
11. El espesor d de los tubos planos 13, el cual corresponde a la
dimensión más pequeña de los mismos, mide en el presente caso 2,5
mm, el espesor de pared o la anchura del nervio s mide 0,3 mm y la
longitud l, la cual corresponde a la anchura de un canal sumado el
espesor de pared o la(s) anchura(s) de nervio
corresponde a 3,5 mm, de manera que resulta un perímetro interior,
dispuesto en una sección transversal con respecto a la extensión
longitudinal del tubo plano 13, de aproximadamente 10 mm y una
superficie interior F correspondiente de aproximadamente
6 mm^{2} y, por consiguiente, una relación U/F de aprox. 1,7
mm.
Los tubos planos 13 están introducidos, para el
posicionamiento y la fijación, a través de aberturas 14
correspondiente en placa 15 (comp. la Fig. 3), y fueron cerrados
por ambos lados, tras el llenado. El grupo constructivo tubos
planos 13 y placas 15 está dispuesto en una carcasa que forma un
recipiente a presión, el cual está formado por una pared cilíndrica
hueca y dos tapas, estando previstas en una de ambas tapas, la cual
está dispuesta arriba en el estado montado, las conexiones para el
suministro y retirada de medio refrigerante. Debido a la
disposición de los tubos planos 13 en las dos placas 15, las cuales
están dispuestas paralelas con respecto a las tapas en la carcasa,
y un montaje, según el cual una de las dos tapas está dispuesta
arriba, los tubos planos 13 están dispuestos, según el presente
ejemplo de realización, verticalmente en el vehículo automóvil.
Claims (15)
1. Acumulador de almacenamiento de frío con un
elemento acumulador de frío (10), en particular para una instalación
de climatización de vehículo automóvil (1), el cual se puede montar
en un circuito de medio refrigerante (5) y que sirve para el
enfriamiento de aire que hay que acondicionar para un habitáculo, en
particular del vehículo automóvil, estando contenido en el elemento
acumulador de frío (10) un medio acumulador de frío (11), midiendo
la dimensión (d) más pequeña del elemento acumulador de frío (10)
como máximo 2,6 mm y estando el elemento acumulador de frío (10) en
contacto, por lo menos en los dos lados exteriores, los cuales están
opuestos entre sí en la dirección de la dimensión (d) más pequeña,
con un medio que refrigera temporalmente y que es refrigerado
temporalmente, caracterizado porque el elemento acumulador de
frío (10) está formado por lo menos por un tubo plano de varios
canales (13) y el tubo plano de varios canales (13) está insertado,
para el posicionamiento y la fijación, a través de una abertura
(14) formada correspondientemente en una placa (15).
2. Acumulador de almacenamiento de frío según la
reivindicación 1, caracterizado porque la dimensión (d) más
pequeña del elemento acumulador de frío (10) es como mínimo de 0,4
mm.
3. Acumulador de almacenamiento de frío según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el espesor de
pared (s) del elemento acumulador de frío (10) es como máximo de 0,4
mm.
4. Acumulador de almacenamiento de frío según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
la relación del perímetro (U) en una sección transversal con
respecto a la extensión longitudinal del elemento acumulador de
frío (10) en un lado interior de la superficie interior (F) del
elemento acumulador de frío (10) encerrada por el mismo está
comprendida entre 1/mm y 10/mm.
5. Acumulador de almacenamiento de frío según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
la conductibilidad térmica de la pared del elemento acumulador de
frío (10) está comprendida entre 100 y 500 W/mK, en particular
entre 200 y 300 W/mK.
6. Acumulador de almacenamiento de frío según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
la conductibilidad térmica del medio acumulador de frío (11) está
comprendida entre 0,1 y 0,3 W/mk; en particular entre 0,16 y 0,24
W/mk.
7. Acumulador de almacenamiento de frío según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el medio acumulador de frío (11) está formado por un material
PCM.
8. Acumulador de almacenamiento de frío según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el medio acumulador de frío (16; 26) está formado por hidratos
orgánicos o porque como medio acumulador de frío (6) se utiliza una
disolución de sal, en particular con LiClO_{3}\cdotH_{2}O.
9. Acumulador de almacenamiento de frío según la
reivindicación 8, caracterizado porque el medio acumulador
de frío (16; 26) está formado por decanol, tetradecano, pentadecano
o hexadecano.
10. Acumulador de almacenamiento de frío según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
la temperatura de cambio de fase del medio acumulador de frío (6;
16; 26) está en un intervalo comprendido entre 0ºC y 30ºC, en
particular entre 2ºC y 15ºC, en particular preferentemente entre 4ºC
y 12ºC.
11. Acumulador de almacenamiento de frío según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
en el interior del elemento acumulador de frío (5) está prevista una
pieza añadida.
12. Acumulador de almacenamiento de frío según
la reivindicación 11, caracterizado porque la pieza añadida
está formada por una chapa de nervio, una pieza añadida de
turbulencia, un género de punto, un material no tejido o una
espuma.
13. Acumulador de almacenamiento de frío según
la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la pieza
añadida está realizada a partir de metal, en particular a partir de
aluminio, o a partir de plástico.
14. Circuito de medio refrigerante para una
instalación de climatización de vehículo automóvil (1) con un
compresor (4) que hace circular un medio refrigerante (3), un
condensador (6), un elemento de expansión (8) y un evaporador (2),
caracterizado porque presenta un acumulador de almacenamiento
de frío (9) según una de las reivindicaciones 1 a 14.
15. Circuito de medio refrigerante según la
reivindicación 14, caracterizado porque el acumulador de
almacenamiento de frío (9) está dispuesto en el circuito de medio
refrigerante (5), en la dirección de circulación normal del medio
refrigerante (3), después del evaporador (2) y antes del compresor
(4).
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