ES2338766T3 - Instalacion de aire acondicionado. - Google Patents
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Abstract
Instalación de aire acondicionado para un vehículo, el cual es accionado por un motor de combustión interna (10), un intercambiador de calor de calefacción (24), conectado a un circuito de líquido refrigerante (12) del motor de combustión interna (10), al cual se encuentra conectado un evaporador (44) en la dirección del flujo de aire de un soplador (48), hacia el cual un compresor (50) en un circuito refrigerante impulsa un medio refrigerante a través de una válvula de expansión (54), en donde el refrigerante fluye hacia la válvula de expansión (54) a través de un enfriador de gas (42), durante la operación de la refrigeración, y deriva el enfriador de gas (42) a través de un conducto de derivación (60) durante la operación de la calefacción, y a continuación fluye hacia el evaporador (44), estando previsto entre el circuito de líquido refrigerante (12) y el circuito del medio refrigerante (40) un intercambiador de calor de acoplamiento (38), el cual se encuentra dispuesto sobre el lado del circuito de líquido refrigerante (40), del lado de presión del compresor (50) aguas arriba del enfriador de gas (42) y del conducto de derivación (60), con lo cual, el paso del líquido es controlado en función de parámetros de funcionamiento, a través del enfriador de gas (42) y del conducto de derivación (60), a través de una válvula de conmutación (62) en el conducto de derivación (60) y, respectivamente, a través de un válvula de conmutación (62, 64) tanto en la entrada así como en la salida del enfriador de gas (42), caracterizada porque, el intercambiador de calor de acoplamiento (38) se encuentra conectado del lado del circuito de líquido refrigerante (12), entre el motor de combustión interna (10) y el intercambiador de calor de calefacción (24), y, durante la operación de la calefacción, la instalación de aire acondicionado (38, 44, 50, 54) puede ser operada como bomba de calor, con lo cual el evaporador (44) sirve como fuente de calor para el circuito del medio refrigerante, y porque el medio refrigerante es refrigerado altamente en la válvula de expansión (54), de tal modo que succiona en el evaporador (44) el calor producido durante el secado del aire.
Description
Instalación de aire acondicionado.
La presente invención hace referencia a una
instalación de aire acondicionado conforme al preámbulo de la
reivindicación 1.
La utilización de motores de combustión interna
optimizados en cuanto al consumo, incide en la climatización de los
vehículos, por ejemplo, si no se irradia el calor suficiente hacia
el líquido refrigerante durante la operación en determinadas fases,
como para poder calefactar el vehículo de forma confortable, por
ejemplo en el caso de temperaturas externas bajas durante la fase
de inicio. Por este motivo, son necesarios calefactores para
asegurar el confort en caso de bajas temperaturas, así como en caso
necesario, para poder también descongelar los cristales del
vehículo. Una instalación de aire acondicionado puede también servir
como calefactor, especialmente por el hecho de que cada vez más una
mayor cantidad de vehículos son equipados en forma estandarizada con
una instalación de aire acondicionado. La instalación de aire
acondicionado se utiliza, en el caso de temperaturas bajas, a
través de una inversión del circuito del medio refrigerante, como
bomba de calor. Ésta consume menos energía y presenta una respuesta
espontánea en el caso de una capacidad de calentamiento elevada.
En un futuro próximo, además, el medio
refrigerante tradicional en las instalaciones de aire acondicionado,
R134a, será reemplazado por el medio refrigerante natural, dióxido
de carbono (CO2), el cual posibilita temperaturas de calefacción
más elevadas que el R134a. En instalaciones de aire acondicionado
que utilizan dióxido de carbono como medio refrigerante, la
irradiación de calor no se produce mediante la condensación del
medio refrigerante dentro de un condensador, sino a través de una
presión supercrítica en un enfriador de gas. Si esta instalación de
aire acondicionado es operada como bomba de calor a través de una
inversión del circuito, tiene lugar la succión de calor mediante el
enfriador de gas. Una desventaja fundamental de tal bomba de calor
reside, ciertamente, en el hecho de que en el caso de temperaturas
externas bajas, el enfriador de gas se cubre de hielo en el lado
expuesto al aire. El enfriador del motor de combustión interna, por
lo general conectado a la corriente de aire, es atravesado sólo en
forma insuficiente por el aire frío, de manera que no puede ser
garantizado un enfriamiento suficiente del motor de combustión
interna.
Por la solicitud DE 198 06 654 A1 se conoce una
instalación de aire acondicionado para vehículos, la cual emplea
dióxido de carbono como medio refrigerante, el cual circula en
diferentes fases en estado líquido, así como gaseoso, dentro de un
circuito del medio refrigerante. En el caso de la refrigeración, un
compresor transporta de regreso el medio refrigerante, a una
presión baja, hacia el lado de succión, mediante un enfriador de
gas, un intercambiador de calor interno, una dirección de expansión,
un evaporador y mediante los intercambiadores de calor internos. De
este modo, el enfriador de gas irradia una parte del calor producido
a través de la compresión en el compresor. Otra parte se transmite
en el intercambiador de calor interno sobre el medio refrigerante
frío refluido hacia el lado de succión. En el dispositivo de
expansión, el medio refrigerante es expandido hacia una temperatura
que se sitúa por debajo de la temperatura ambiente, de manera que el
medio refrigerante, en la vaporización del aire que afluye hacia el
climatizador, puede extraer calor y, dado el caso, secar el aire al
mismo tiempo. De esta manera, el aire es llevado a la temperatura
deseada mediante la conexión de un intercambiador de calor de
calefacción.
A través de la conmutación de distribuidores de
flujo, el compresor propulsa, en primer lugar, el medio refrigerante
durante un calefaccionamiento mediante el evaporador, el cual es
atravesado ahora en la dirección contraria. Al mismo tiempo, el
medio refrigerante irradia una parte del calor producido por la
compresión en el aire que afluye hacia el climatizador. Éste
calienta con ello el espacio del acompañante y descongela los
cristales. Si en determinadas fases de funcionamiento del motor de
combustión interna el intercambiador de calor de calefacción se
encuentra más frío que el aire que lo atraviesa, es irradiado,
además, calor en el circuito de líquido de refrigeración del motor
de combustión interna, lo cual conduce a un retraso en la
transferencia de calor dentro del espacio interior del vehículo.
Puesto que no se le puede extraer humedad al aire y, antes bien,
debe tenerse en cuenta que se absorben los restos de humedad del
evapo-
rador, es de temerse que, posteriormente, la humedad se precipite desde el aire saturado, perjudicando así la visión.
rador, es de temerse que, posteriormente, la humedad se precipite desde el aire saturado, perjudicando así la visión.
Después de la vaporización, el medio
refrigerante es distendido en la dirección de expansión hacia una
temperatura menor, de manera que éste, en su trayectoria hacia el
lado de succión del compresor en un intercambiador de calor de
acoplamiento, dispuesto entre el circuito de líquido refrigerante y
el circuito del medio refrigerante, pueda absorber calor del
circuito de líquido refrigerante. A través de tal instalación de
aire acondicionado, es posible, en el caso de condiciones
climáticas frías, elevar la temperatura dentro del espacio del
acompañante en el vehículo, a expensas del motor de combustión
interna.
Por la solicitud EP 0 945 291 A1 se conocen
además un dispositivo y un método de calefaccionamiento y
enfriamiento del espacio útil de un vehículo. Durante el
calefaccionamiento, el medio refrigerante es comprimido por un
compresor, alcanzando, mediante una válvula de 3/2 vías un
evaporador, en el cual se emite, en el aire más frío del espacio
interior del vehículo, una parte del calor producido a través de la
compresión. El medio refrigerante fluye desde el evaporador hacia
una válvula de expansión, en la cual es lo suficientemente
refrigerado, de modo que pueda absorber calor del aire ambiente en
un enfriador de gas que se encuentra conectado. Al medio
refrigerante se le suministra más calor mediante un intercambiador
de calor de gas residual, el cual es cargado con gases residuales
calientes del motor de combustión interna.
El medio de refrigeración es conducido desde el
intercambiador de calor de gas residual nuevamente hacia el
compresor, a través del cual se cierra el circuito del medio
refrigerante. Si el medio refrigerante se expande, en la dirección
de expansión, hacia una temperatura situada por debajo de la
temperatura ambiente, el aire que atraviesa el enfriador de gas
puede ser refrigerado a una temperatura inferior a la temperatura de
saturación. En este caso, es condensada agua desde el aire ambiente
aspirado. Si la temperatura se sitúa por debajo del punto de
sublimación del agua, ésta pasa a un estado sólido y el enfriador de
gas se congela. Puesto que, por lo general, el enfriador de gas se
encuentra conectado a un refrigerador del motor de combustión
interna en la dirección de flujo de aire, a través de un
congelamiento del enfriador de gas, se ve amenazado un enfriamiento
del motor de combustión interna en la forma debida. Para evitar un
congelamiento considerable, en el caso de condiciones ambientales
críticas, es abierto un conector de derivación mediante una válvula
de 3/2 vías, de manera que el enfriador de gas se ponga en
cortocircuito. El medio refrigerante fluye, derivando al enfriador
de gas, directamente hacia el intercambiador de calor de gas
residual y desde allí hacia el lado de succión del compresor.
El aire del espacio interior del vehículo que
fluye a través del evaporador sí es calentado, pero al mismo no le
es extraída la humedad como en el caso de un enfriamiento. Al aire
caliente le es, más bien, absorbida la humedad restante y ésta es
irradiada como empañadura en los cristales dentro del espacio
interior del vehículo. Una deshumidificación suficiente del aire
puede obtenerse, en un sistema de esta clase, sólo a través de
intercambiadores de calor adicionales en el climatizador, para lo
cual se requiere un volumen de construcción adicional, lo cual no
se presenta en muchos vehículos.
Por la solicitud DE 198 18 649 A1 se conoce una
instalación de aire acondicionado conforme al género, la cual opera
de acuerdo a un régimen de calefacción adicional, para, en la fase
de curso de calor del motor de combustión interna, proporcionar
calor adicional para el calentamiento del motor de combustión
interna y del espacio interior del vehículo, cuando el motor de
combustión interna no puede proporcionar el calor suficiente. La
instalación de aire acondicionado se compone de al menos un
condensador, así como de un enfriador de gas, una válvula de
expansión, un evaporador y un compresor, así como de un conducto de
derivación, que puentea al condensador, con una válvula de
derivación. Se prevé además, en el circuito del medio refrigerante,
aguas abajo del compresor, un intercambiador de calor de
acoplamiento, el cual es atravesado por el medio refrigerante del
motor de combustión interna sobre el circuito secundario y se
encuentra conectado en el circuito del medio refrigerante delante
del motor de combustión interna. En el circuito del medio
refrigerante puede ser puenteado el intercambiador de calor de
acoplamiento a través de un conducto de derivación con válvulas de
conmutación. En el arranque en frío del motor de combustión
interna, el compresor propulsa el medio refrigerante calentado
mediante la compresión, a través del intercambiador de calor de
acoplamiento y del conducto de derivación conectado paralelamente
al enfriador de gas, así como al condensador, así como también
mediante la válvula de expansión hacia el evaporador y luego hacia
atrás, hacia el compresor. Con una temperatura ascendente del medio
refrigerante del motor de combustión interna puede transmitirse cada
vez menos calor desde el medio de enfriamiento hacia el medio
refrigerante en el intercambiador de calor de acoplamiento, de
manera que el calor restante en el evaporador es irradiado en el
aire para calefactar el espacio interior del vehículo. Después de
alcanzar la temperatura de funcionamiento del motor de combustión
interna y una temperatura deseada dentro del espacio interior del
vehículo, el intercambiador de calor de acoplamiento es puenteado y
conectado al enfriador de gas, así como al condensador, para la
refrigeración así como para el secado del aire limpio.
\vskip1.000000\baselineskip
Conforme a la presente invención, el
intercambiador de calor de acoplamiento se encuentra dipuesto sobre
el lado del circuito del medio refrigerante, sobre el lado de
presión del compresor. En forma paralela al refrigerante de gas, se
encuentra conectado un conducto de derivación, con lo cual, un
válvula de conmutación en el conducto de derivación y,
respectivamente un válvula de conmutación en la entrada, así como en
la salida del refrigerante de gas, controlan el flujo a través del
refrigerante de gas y del conducto de derivación en función de
parámetros de funcionamiento. El evaporador sirve, en el caso de
una calefacción, como fuente de calor para el circuito del medio
refrigerante.
En la instalación de aire acondicionado conforme
a la invención, el medio refrigerante fluye, tanto durante una
calefacción como durante una refrigeración, en la misma dirección, a
través de la dirección de expansión en forma de una válvula de
expansión y del evaporador. De este modo, el evaporador no debe
colocarse en forma adicional para el funcionamiento relativo a la
irradiación de calor, lo que siempre representa una exposición de
compromiso para la operación como calefactor o como refrigerador.
Como calefactor, la instalación de aire acondicionado opera como
una bomba de calor, con lo cual, el evaporador sirve como fuente de
calor, utilizando el calor producido en la deshumidificación del
aire. Seguidamente, el compresor comprime el medio de refrigeración.
El calor así generado, es irradiado, mediante el intercambiador de
calor de calefacción, en el líquido de refrigeración del circuito
de líquido de refrigeración, el cual se encuentra dispuesto,
conforme a la invención, entre el motor de combustión interna y el
intercambiador de calor de calefacción, y de manera ventajosa,
situado cerca de un intercambiador de calor de calefacción para el
espacio interior del vehículo. De este modo, puede acoplarse una
gran cantidad de calor en el líquido refrigerante y, a una
temperatura de funcionamiento óptima, sin retrasos importantes o
pérdidas, puede ser utilizado tanto para el calefaccionamiento del
interior del vehículo como también para un calentamiento más rápido
del motor de combustión interna. Para esto, no es necesario un
espacio de construcción adicional. El aire secado en el evaporador
se calienta al ser atravesado por el intercambiador de calor de
calefacción, con lo cual, la humedad relativa del aire desciende
otra vez, de manera que no pueden formarse empañaduras en los
cristales del vehículo.
Paralelamente al intercambiador de calor de
calefacción, se encuentra dispuesto un conducto de derivación, de
manera tal que de acuerdo a cada requerimiento de calor, el flujo
volumétrico del líquido refrigerante puede ser distribuido en el
intercambiador de calor de calefacción, a través de una válvula de
regulación de calefacción controlada por la temperatura, o una
válvula de regulación de calefacción controlada por un regulador de
calefacción, y a través de un conducto de derivación. Dado el caso,
en la operación de la calefacción, o, para calefactar más
rápidamenete el motor de combustión interna a una temperatura de
funcionamiento óptima en la fase de inicio, el flujo volumétrico
completo puede fluir a través del conducto de derivación.
De acuerdo a una conformación de la presente
invención, se sugiere la previsión de una válvula de mariposa en el
circuito del medio refrigerante delante del intercambiador de calor
de acoplamiento. De este modo, puede elevarse la contrapresión del
compresor, con lo cual se posibilita un acoplamiento mayor de calor
a través del compresor. El medio de refrigeración es extendido
hacia una presión admisible máxima en el intercambiador de calor de
acoplamiento, a través de la válvula de mariposa. El intercambiador
de calor de acoplamiento funciona para el mejoramiento del grado de
eficacia, convenientemente, de acuerdo al principio de
contracorriente. Es además una ventaja que el intercambiador de
calor de acoplamiento esté producido como una microestructura. Tal
intercambiador de calor de acoplamiento es adecuado para presiones
elevadas y puede ser fabricado a bajo coste y en un sistema de
construcción compacto. Detalles más específicos con respecto al
intercambio de calor en microestructura resultan de la solicitud DE
199 10 985 A.
Durante la refrigeración, el compresor propulsa
el medio refrigerante, igualmente mediante el intercambiador de
calor de acoplamiento, donde es enfriado a través del líquido
refrigerante. A continuación, llega hasta el enfriador de gas, en
el cual es enfriado a temperaturas más bajas a través del aire
ambiente. Para el siguiente enfriamiento, es dispuesto,
convenientemente en la dirección del flujo, aguas abajo del
enfriador de gas, un intercambiador de calor de calefacción, el
cual, de acuerdo al principio de contracorriente, es atravesado en
una dirección por el medio refrigerante condensado, y en la
dirección contraria por el medio refrigerante distendido hacia el
evaporador. Paralelamente al intercambiador de calor interno, se
encuentra conectado un conducto de derivación con una válvula de
seguridad. El medio refrigerante así enfriado, se refrigera a la
temperatura deseada durante el expandimiento en una dirección de
expansión, por ejemplo, en forma de una válvula de expansión, de
manera que el medio refrigerante pueda absorber calor cuando éste
atraviesa el evaporador. El medio refrigerante refluye así mediante
el intercambiador de calor interno hacia el conducto de succión del
compresor.
En la operación como calefactor, en la cual el
enfriador de gas es puenteado mediante el conducto de derivación,
existe la posibilidad, en el caso de condiciones críticas, de que la
temperatura y junto a ella la presión, desciendan a un determinado
valor por el cual la temperatura de condensación del medio
refrigerante puede exceder un valor máximo admisible. Para evitar
esto, es abierta la válvula de seguridad en el conducto de
derivación hacia el intercambiador de calor interno, de manera que
el intercambiador de calor interno es puesto en cortocircuito. De
este modo, el medio refrigerante que refluye hacia el compresor no
es calentado en forma adicional y la temperatura de condensación
fluctúa dentro de los límites tolerados.
Si no es suficiente el evaporador como fuente de
calor en el calefaccionamiento, es ventajoso preveer un evaporador
adicional que se encuentre expuesto al aire exterior y no al aire
caliente para el espacio interior del vehículo. Por añadidura, a
través de un acoplamiento mayor de calor se logra que, incluso en el
caso de un congelamiento del evaporador adicional, no se estimen
consecuencias perjudiciales para el motor de combustión interna.
Durante el cambio de refrigerador a calefactor,
el medio refrigerante, el cual se encuentra en estado líquido en el
enfriador de gas, debe ser propulsado hacia el área de trabajo de la
instalación. Para ello, la válvula de conmutación en la entrada del
enfriador de gas y la válvula de conmutación en el conducto de
derivación del enfriador de gas se encuentran durante cierto tiempo
cerradas, mientras que la válvula de conmutación en la entrada del
enfriador de gas y la válvula de expansión se encuentran abiertas,
hasta que la presión en la salida del compresor haya alcanzado un
valor de consigna superior. A continuación, se abre la válvula de
conmutación en el conducto de derivación, y se cierra la válvula de
conmutación en la salida del enfriador de gas, hasta que la presión
en la salida del compresor haya descendido hasta un valor de
consigna inferior. Dado el caso, este proceso debe ser repetido una
vez más. Para lograr una simplificación de la instalación de aire
acondicionado, es ventajoso conformar la salida del enfriador de gas
como válvula de retención.
De la siguiente descripción de los dibujos
resultan otras ventajas. En los dibujos se representan ejemplos de
ejecución de la presente invención.
Las figuras muestran:
Figura 1 una representación esquemática de una
instalación de aire acondicionado operando como calefactor,
Figura 2 una variante de la figura 1 con varias
válvulas de conmutación,
Figura 3 una representación esquemática de una
instalación de aire acondicionado operando como refrigerador,
Figura 4 una variante de la figura 2 con un
evaporador adicional
Figura 5 una variante de un detalle
correspondiente a la línea V en la figura 1 y
Figura 6 una variante de un detalle
correspondiente a la línea V en la figura 2.
La instalación de aire acondicionado conforme a
la invención comprende un circuito de líquido refrigerante 12 y un
circuito del medio refrigerante 40. El curso del flujo de los medios
se representa respectivamente a través de una flecha. En el
circuito de líquido refrigerante 12, la bomba de líquido
refrigerante 14 propulsa líquido refrigerante a través de un motor
de combustión interna 10 y desde allí hacia un enfriador 18, el
cual trabaja en forma conjunta con un ventilador 46. Desde el
enfriador 18, el líquido refrigerante refluye hacia la bomba de
líquido refrigerante 14. En forma paralela al enfriador 18, se prevé
un conducto de derivación 32. Una válvula de tres vías 34, la cual
se encuentra dispuesta en la ramificación del conducto de derivación
32 y la cual es controlada mediante un sensor de temperatura 36 en
función de la temperatura del líquido refrigerante, distribuye los
flujos del líquido refrigerante en el enfriador 18 y en el conducto
de derivación 32. En el circuito de líquido refrigerante 12 se
encuentra dispuesto un vaso de expansión 20, para equilibrar
fluctuaciones de volumen del líquido refrigerante relativas a la
temperatura.
El circuito de líquido refrigerante 12 comprende
además un intercambiador de calor de calefacción 24, el cual se
encuentra dispuesto en un climatizador 22. Una válvula reguladora de
temperatura 28 controla el flujo del líquido refrigerante hacia el
intercambiador de calor de calefacción 24 en función de la
temperatura del aire que fluye en el espacio interior del vehículo,
abriendo, así como cerrando, un conducto de derivación 26 conectado
paralelamente a un intercambiador de calor de calefacción 24. Con
esta finalidad, se prevé un sensor de temperatura 30 ubicado detrás
del intercambiador de calor de calefacción 24.
Dentro de las áreas de funcionamiento del motor
de combustión interna 10, en las cuales el calor del líquido
refrigerante no es suficiente para el calefaccionamiento del espacio
interior del vehículo, por ejemplo, en el caso de temperaturas
ambiente bajas durante la fase de inicio del motor de combustión
interna 10, es acoplado calor adicional mediante un intercambiador
de calor de acoplamiento 38 desde el circuito del medio refrigerante
40 al circuito de líquido refrigerante 12. El intercambiador de
calor de acoplamiento 38 se encuentra dispuesto, en el circuito de
líquido refrigerante 12, entre el motor de combustión interna 10 y
el intercambiador de calor de calefacción 24, y en el circuito del
medio refrigerante 40, entre un compresor 50 y un enfriador de gas
42. Éste es atravesado, de acuerdo al principio de contracorriente,
por un lado, por medios de refrigeración y por el otro, por medios
de enfriamiento. Para transportar la cantidad de calor, la cual fue
acoplada en el circuito de líquido refrigerante 12 a través del
intercambiador de calor de acoplamiento 38, preferentemente hacia
el intercambiador de calor de calefacción 24, el circuito de líquido
refrigerante 12 es puenteado mediante una bomba de líquido
refrigerante adicional 16 dentro del área entre el motor de
combustión interna 10 y el intercambiador de calor de acoplamiento
38.
El compresor 50 comprime el medio de
enfriamiento a una presión elevada. De este modo, se calienta y
fluye en el intercambiador de calor de acoplamiento 38, en el cual
irradia calor hacia el líquido refrigerante. Desde allí fluye,
funcionando como calefactor, aguas arriba del enfriador de gas 42, a
través de un conducto de derivación 60 con un válvula de
conmutación 62 abierta, hacia un intercambiador de calor 52, en el
cual le es extraído aún más calor. Seguidamente, el medio de
enfriamiento es distendido hacia la presión del evaporador, en una
dirección de expansión en forma de una válvula de expansión 54, con
lo cual se refrigera en gran medida, de manera que, mientras que el
medio fluye por el evaporador 44 dispuesto a continuación, el aire
afluído en el climatizador 22 puede absorber el calor producido
durante el secado. El aire es succionado del ambiente o del espacio
interior del vehículo por un vaso de expansión 48 y propulsado hacia
el intercambiador de calor de calefacción 24 que se encuentra
conectado, a través del climatizador 22 con el evaporador 44. El
medio de enfriamiento gaseoso que fluye hacia el compresor 50
segrega líquido en un colector 70, el cual es desviado mediante una
válvula 72 o una perforación en la línea de entrada del colector 70.
A su vez, el medio succiona aún más calor en el intercambiador de
calor interno y es condensado nuevamente a través del compresor 50 a
una temperatura de condensación admisible. Cuando la temperatura
del medio de enfriamiento mediante el compresor 50 asciende a un
valor determinado, se abre un conducto de derivación 56 hacia un
intercambiador de calor interno mediante una válvula de seguridad
58 (figura 2), para mantener la temperatura de condensación dentro
de límites tolerables.
Una conformación de la presente invención prevé,
en el circuito del medio refrigerante 40, otras válvulas con
funciones de control, así como con funciones de seguridad (figura
2). De este modo, se encuentra dispuesta, después del compresor 50,
una válvula de mariposa de control continuo 74, con cuya ayuda puede
ser producida una presión de condensación más elevada, la cual
posibilita un acoplamiento de una cantidad mayor de calor en el
circuito de líquido refrigerante 12. Mediante el compresor 50, la
presión es reducida nuevamente a la presión admisible en el
intercambiador de calor de acoplamiento 38.
En la operación como refrigerador, la
instalación de aire acondicionado trabaja en forma correspondiente a
la representación de la figura 3. En dicho estado de
funcionamiento, el compresor 50 propulsa el medio de enfriamiento
mediante el intercambiador de calor de acoplamiento 38 a través del
enfriador de gas 42. La válvula de mariposa 74 y las válvulas de
conmutación 64 y 66 en la entrada y la salida de enfriador de gas 42
se encuentran abiertas, mientras que la válvula de conmutación 62
en el conducto de derivación 60, paralela al enfriador de gas 42,
se encuentra cerrada. En una ejecución simplificada, la válvula de
conmutación se encuentra conformada como válvula de retención. De
este modo, el medio de enfriamiento es refrigerado primero en el
intercambiador de calor de acoplamiento 38 y luego en el enfriador
de gas 42. Cuando debido a las circunstancias no es necesario un
enfriamiento en el intercambiador de calor de acoplamiento 38, el
intercambiador de calor de acoplamiento 38 puede ser puenteado con
una válvula de conmutación 68 mediante un conducto de derivación
76.
Durante la conmutación de la instalación de aire
acondicionado de la operación de la refrigeración a la operación de
la calefacción, el medio refrigerante líquido debe ser propulsado
desde el enfriador de gas 42, de manera que pueda ser utilizado
dentro del área en funcionamiento de la instalación de aire
acondicionado. Para ello, la válvula de conmutación 62 es cerrada
brevemente durante la operación como calefactor y la válvula de
conmutación 64 es abierta. El medio refrigerante es succionado a
través de la apertura de la válvula de expansión 54 durante el
tiempo necesario hasta que la presión en la entrada del compresor 50
haya alcanzado un valor de consigna. Debido a este parámetro de
funcionamiento, la válvula de conmutación 62 se abre y la válvula de
conmutación 64 se cierra. Si el valor de consigna disminuye durante
la operación como calefactor, se repite este proceso. Para mejorar
la capacidad de calentamiento, puede disponerse, en el circuito de
líquido refrigerante 12, en forma paralela al evaporador 44, un
evaporador adicional 78 (figura 4). Esta fuente adicional de calor
puede, por ejemplo, ser circundada por el aire exterior, sin que la
refrigeración del motor de combustión interna 10 se vea amenazada
por el congelamiento de este intercambiador de calor. Ubicada ante
el evaporador adicional se encuentra dispuesta una segunda válvula
de expansión 80.
De acuerdo a una conformación simplificada de la
presente invención, las válvulas de conmutación 62 y 66 pueden
combinarse en una válvula de 3/2 vías 82 (figura 5). En una primera
posición, en la operación de la refrigeración, la válvula de 3/2
vías 82 conecta el intercambiador de calor de acoplamiento 38 con el
enfriador de gas 42, mientras que el conducto de derivación 60 se
encuentra bloqueado. En una segunda posición, en la operación de la
calefacción, la válvula de 3/2 vías 82 conecta el intercambiador de
calor de acoplamiento 38 con el conducto de derivación 60, mientras
que el enfriador de gas 42 se encuentra bloqueado. En una tercera
posición, durante la conmutación a la operación de la calefacción,
la válvula de 3/2 vías 82 conecta el enfriador de gas 42 con el
conducto de derivación 60, mientras que el conducto del
intercambiador de calor de acoplamiento 38 se encuentra
bloqueado.
En otra variante simplificada (figura 6) las
válvulas de conmutación 62 y 66 pueden combinarse en una válvula de
4/2 vías 84, con lo cual, en dos posiciones opuestas de la válvula
de 4/2 vías 84, el conducto de derivación 76 se conecta, en forma
paralela al intercambiador de calor de acoplamiento 38, en la
operación de la refrigeración, con el enfriador de gas 42 y en las
dos posiciones restantes del intercambiador de calor de acoplamiento
38, en la operación de la calefacción, se conecta con el conducto
de derivación 60, en forma paralela al enfriador de gas 42.
- 10
- Motor de combustión interna
- 12
- Circuito de líquido refrigerante
- 14
- Bomba de líquido refrigerante
- 16
- Bomba de líquido refrigerante adicional
- 18
- Enfriador
- 20
- Vaso de expansión
- 22
- Climatizador
- 24
- Intercambiador de calor de calefacción
- 26
- Conducto de derivación
- 28
- Válvula reguladora de temperatura
- 30
- Sensor de temperatura
- 32
- Conducto de derivación
- 34
- Válvula de tres vías
- 36
- Sensor de temperatura
- 38
- Intercambiador de calor de acoplamiento
- 40
- Circuito del medio refrigerante
- 42
- Enfriador de gas
- 44
- Evaporador
- 46
- Ventilador
- 48
- Soplador
- 50
- Compresor
- 52
- Intercambiador de calor interno
- 54
- Válvula de expansión
- 56
- Conducto de derivación
- 58
- Válvula de seguridad
- 60
- Conducto de derivación
- 62
- Válvula de conmutación
- 64
- Válvula de conmutación
- 66
- Válvula de conmutación
- 68
- Válvula de conmutación
- 70
- Colector
- 72
- Válvula
- 74
- Válvula de mariposa
- 76
- Conducto de derivación
- 78
- Un evaporador adicional
- 80
- Válvula de conmutación
- 82
- Válvula de 3/2 vías
- 84
- Válvula de 4/2 vías
Claims (13)
1. Instalación de aire acondicionado para un
vehículo, el cual es accionado por un motor de combustión interna
(10), un intercambiador de calor de calefacción (24), conectado a un
circuito de líquido refrigerante (12) del motor de combustión
interna (10), al cual se encuentra conectado un evaporador (44) en
la dirección del flujo de aire de un soplador (48), hacia el cual
un compresor (50) en un circuito refrigerante impulsa un medio
refrigerante a través de una válvula de expansión (54), en donde el
refrigerante fluye hacia la válvula de expansión (54) a través de
un enfriador de gas (42), durante la operación de la refrigeración,
y deriva el enfriador de gas (42) a través de un conducto de
derivación (60) durante la operación de la calefacción, y a
continuación fluye hacia el evaporador (44), estando previsto entre
el circuito de líquido refrigerante (12) y el circuito del medio
refrigerante (40) un intercambiador de calor de acoplamiento (38),
el cual se encuentra dispuesto sobre el lado del circuito de
líquido refrigerante (40), del lado de presión del compresor (50)
aguas arriba del enfriador de gas (42) y del conducto de derivación
(60), con lo cual, el paso del líquido es controlado en función de
parámetros de funcionamiento, a través del enfriador de gas (42) y
del conducto de derivación (60), a través de una válvula de
conmutación (62) en el conducto de derivación (60) y,
respectivamente, a través de un válvula de conmutación (62, 64)
tanto en la entrada así como en la salida del enfriador de gas
(42), caracterizada porque, el intercambiador de calor de
acoplamiento (38) se encuentra conectado del lado del circuito de
líquido refrigerante (12), entre el motor de combustión interna (10)
y el intercambiador de calor de calefacción (24), y, durante la
operación de la calefacción, la instalación de aire acondicionado
(38, 44, 50, 54) puede ser operada como bomba de calor, con lo cual
el evaporador (44) sirve como fuente de calor para el circuito del
medio refrigerante, y porque el medio refrigerante es refrigerado
altamente en la válvula de expansión (54), de tal modo que succiona
en el evaporador (44) el calor producido durante el secado del
aire.
2. Instalación de aire acondicionado conforme a
la reivindicación 1, caracterizada porque, el medio
refrigerante sirve como medio para que la irradiación de calor se
produzca a una presión supercrítica.
3. Instalación de aire acondicionado conforme a
la reivindicación 2, caracterizada porque, el medio
refrigerante es dióxido de carbono.
4. Instalación de aire acondicionado conforme a
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque, la válvula de conmutación (64) en la salida del enfriador
de gas (42) se encuentra conformada como válvula de retención.
5. Instalación de aire acondicionado conforme a
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque, el intercambiador de calor de calefacción (24) se encuentra
puenteado mediante un conducto de derivación (26), en cuya
ramificación se encuentra dispuesta una válvula reguladora de calor
(28) controlada por la temperatura del aire caliente.
6. Instalación de aire acondicionado conforme a
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque, en el lado del circuito del medio refrigerante (40),
delante del intercambiador de calor de acoplamiento (38), se prevé
una válvula de mariposa (74).
7. Instalación de aire acondicionado conforme a
la reivindicación 6, caracterizada porque, delante de la
válvula de mariposa (74), un conducto de derivación (76) se
ramifica, el cual puentea el intercambiador de calor de
acoplamiento (38) y presenta una válvula de conmutación (68).
8. Instalación de aire acondicionado conforme a
la reivindicación 7, caracterizada porque, la válvula de
conmutación (62) en el conducto de derivación (26) agregado al
enfriador de gas (42), la válvula de conmutación (66) en la entrada
del enfriador de gas (42) y la válvula de conmutación (68) en el
conducto de derivación (76) agregada al intercambiador de calor de
acoplamiento (38), se encuentran combinadas a una válvula de 4/2
vías.
9. Instalación de aire acondicionado conforme a
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque, el intercambiador de calor de acoplamiento (38) funciona de
acuerdo al principio de contracorriente.
10. Instalación de aire acondicionado conforme a
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque, el intercambiador de calor de acoplamiento (38) está
producido como una microestructura.
11. Instalación de aire acondicionado conforme a
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque, en la dirección del flujo de aire, aguas abajo del
enfriador de gas (42), se encuentra dispuesto un intercambiador de
calor interno (52), el cual es atravesado, de acuerdo al principio
de contracorriente, por un lado, por el medio refrigerante
comprimido y, por otro lado, por el medio refrigerante expandido por
el evaporador (44), en donde un conducto de derivación (56) con una
válvula de seguridad (58) se encuentra conectado en paralelo con el
intercambiador de calor interno (52).
12. Instalación de aire acondicionado conforme a
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
porque, paralelamente al evaporador (44) se prevé un evaporador
(78) adicional, el cual se encuentra expuesto al aire exterior.
13. Método de accionamiento de una instalación
de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque, durante el cambio de la
refrigeración a la calefacción, la válvula de conmutación (66) en
la entrada del enfriador de gas (42) y la válvula de conmutación
(62) en el conducto de derivación (60) del enfriador de gas (42) se
encuentran cerradas, mientras que la válvula de conmutación (64) en
la salida del enfriador de gas (42) y la válvula de expansión (54)
se encuentran abiertas, hasta que la presión en la salida del
compresor (50) haya alcanzado un valor de consigna superior, ante el
cual se abre la válvula de conmutación (62) del conducto de
derivación (60), y se cierra la válvula de conmutación (64) en la
salida del enfriador de gas (42), hasta que la presión de la salida
del compresor (50) haya descendido hasta un valor de consigna
inferior.
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