ES2349499T3 - Sistema de aire acondicionado para un vehículo automóvil, con un circuito secundario de refrigeración de aire que se puede conectar al circuito de calefacción. - Google Patents
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Abstract
Sistema de aire acondicionado para un vehículo automóvil que comprende una estructura que define un compartimiento del motor (3), el cual recibe en su interior un motor de combustión interna (4), y un compartimiento de pasajeros (2) separado del compartimiento del motor (3) a través de un cortafuegos (1), en el que dicho sistema comprende: - un circuito de refrigeración primario de compresión de gas, completamente contenido en el compartimiento del motor (3) y que incluye: - un evaporador o enfriador (11), en el cual se evapora el fluido del circuito primario, sustrayendo calor del aire que lo rodea, - un compresor (5) para la compresión del vapor que proviene del evaporador o enfriador (11), - un condensador (6) del fluido comprimido por el compresor (5), y - un dispositivo de expansión (7) que recibe el fluido del condensador (6) y lo suministra a una presión inferior al evaporador o enfriador (11), - un circuito para la calefacción del compartimiento de los pasajeros, que comprende una rama (9) del sistema para la refrigeración del motor que atraviesa un intercambiador de calor (10) instalado en el compartimiento de los pasajeros (2) del vehículo automóvil en una posición tal que sea recubierto por un flujo de aire transportado al interior del compartimiento de los pasajeros, y - un circuito secundario de refrigeración de aire transportado al compartimiento de los pasajeros, que comprende: - un primer intercambiador de calor (12) (refrigerador de aire) instalado en el compartimiento de los pasajeros (2), para sustraer calor del aire suministrado al interior del compartimiento de los pasajeros; y - un segundo intercambiador de calor (11), constituido por dicho evaporador o enfriador del circuito primario, el cual es atravesado también por dicho circuito secundario, para sustraer calor del fluido del circuito secundario, en el que dicho intercambiador de calor (10) del circuito de calefacción del compartimiento de los pasajeros está dispuesto previamente para funcionar también como refrigerador de aire, estando caracterizado dicho sistema porque dicho circuito secundario de refrigeración del compartimiento de los pasajeros está conectado al circuito de calefacción por unos medios de válvula (16 y/o 17) que pueden ser controladas entre una primera condición de funcionamiento, en la cual el fluido que atraviesa el circuito secundario, que proviene de dicho segundo intercambiador de calor (11), puede fluir únicamente a través del primer intercambiador de calor (12) de dicho circuito secundario y una segunda condición en la cual el fluido, que proviene del segundo intercambiador de calor (11) a través del circuito secundario, fluirá tanto en el primer intercambiador de calor (12) del circuito secundario como en el intercambiador de calor (10) anteriormente mencionado del circuito de calefacción, el cual, en este caso,funciona como masa adicional para refrigerar el aire dirigido al compartimiento de los pasajeros.
Description
Sistema de aire acondicionado para un vehículo
automóvil, con un circuito secundario de refrigeración de aire que
se puede conectar al circuito de calefacción.
La presente invención se refiere a sistemas de
aire acondicionado para vehículos automóviles del tipo especificado
en el preámbulo de la reivindicación 1. Un sistema de este tipo se
revela por ejemplo en el documento
EP-A-1 719 646.
La figura 1 de los dibujos adjuntos es una vista
en planta esquemática de un sistema de aire acondicionado para
vehículos automóviles, de un tipo convencional. En dicha figura,
designado globalmente mediante el número de referencia 1, está
previsto un cortafuegos que separa el compartimiento de pasajeros 2
del compartimiento del motor 3 del vehículo automóvil, en el cual
está instalado un motor de combustión interna 4. Según la técnica
tradicional ilustrada en la figura 1, el vehículo está equipado con
un circuito para la refrigeración del aire transportado al interior
del compartimiento de pasajeros 2, el cual tiene la forma de un
circuito de compresión mecánica con vapor, que funciona con un
refrigerante (por ejemplo un hidrofluorocarburo (HFC). El circuito
comprende cuatro componentes principales: un compresor 5, un
condensador 6, un dispositivo de expansión 7 y un evaporador 8. En
dicha solución tradicional, los componentes del circuito de
refrigeración están todos instalados en el compartimiento del motor
3, excepto el evaporador 8, el cual está en cambio situado en el
interior del compartimiento de los pasajeros 2, generalmente en el
interior del salpicadero, dentro de una estructura de contención
fabricada de material plástico que tiene el propósito de canalizar
el flujo de aire que atraviesa el evaporador 8 hacia las salidas
provistas en el salpicadero para la distribución del aire
acondicionado en el compartimiento de los pasajeros. El dispositivo
de expansión 7 generalmente está instalado en un área que
corresponde al cortafuegos 1, el cual constituye la interfaz entre
el compartimiento de los pasajeros 2 y el compartimiento del motor
3. El fluido de funcionamiento se dirige desde el compartimiento del
motor hacia el evaporador 8 en estado de líquido caliente y a alta
presión. Cuando dicho fluido atraviesa el dispositivo de expansión
7, pierde presión y se enfría. Cuando atraviesa el evaporador 8,
extrae, mediante absorción, calor del aire, enfriándolo y
deshumedeciéndolo, en forma de calor latente y pasando a las
condiciones de vapor saturado o sobrecalentado. El calor es
sustraído de ese modo del compartimiento de los pasajeros y
transportado otra vez hacia el entorno exterior en dos etapas:
primero pasa del aire del compartimiento de los pasajeros al fluido
que funciona en el circuito de compresión del gas en el
intercambiador de calor de baja presión (es decir, el evaporador 8)
y después, una vez llevado a un nivel más alto de presión por el
compresor, es transferido al entorno exterior a través de un
intercambiador de calor instalado en la parte delantera del vehículo
(el condensador 6).
Una vez más haciendo referencia a la figura 1,
la parte del sistema dedicada a la calefacción del compartimiento de
los pasajeros se obtiene, en cambio, por medio de una rama 9 del
sistema de refrigeración del motor 4, que funciona con una mezcla de
agua y etilenglicol, en estado líquido. Esta mezcla caliente
atraviesa un intercambiador de calor 10, o masa radiante, instalado
en el interior del módulo de aire acondicionado asociado al
salpicadero del vehículo automóvil, en el interior del
compartimiento de los pasajeros y aguas abajo del evaporador 8 con
respecto al flujo de aire que es transportado al interior del
compartimiento de los pasajeros. El aire fresco que entra del
exterior del compartimiento de los pasajeros es enfriado primero y
desmitificado a través del evaporador 8 y después, si es necesario,
calentado a través de la masa radiante 1, en el caso en el que ambos
sistemas estén activados. Cuando el circuito de calefacción del aire
está inactivo, una válvula (no representada) evita el flujo de
líquido caliente a través del calefactor 10, causando que dicho
líquido caliente fluya en un conducto de derivación (no ilustrado).
En ciertos sistemas una trampilla que actúa sobre el flujo de aire
realiza la misma función, aislando la masa radiante o forzando que
todo o parte del flujo de aire la atraviese.
La figura 2 de los dibujos adjuntos muestra un
segundo tipo de sistema de aire acondicionado (el cual es también
conocido en sí mismo), al cual la presente invención hace referencia
específica. En el sistema de la figura 2, el calor es sustraído del
aire del compartimiento de los pasajeros por medio de un circuito
secundario de refrigeración de aire. En la figura 2, las piezas en
común con aquellas de la figura 1 están designadas mediante los
mismos números de referencia. Como se puede observar, también en el
caso de la figura 2, está provisto un circuito de refrigeración
primario que incluye un condensador 6, un evaporador (referido como
"enfriador") 11, un compresor 5 y un dispositivo de expansión
7, pero en este caso todos los componentes de dicho circuito
primario, incluyendo el enfriador 11, están contenidos en el
compartimiento del motor. El calor es sustraído del aire del
compartimiento de los pasajeros por medio del circuito de
refrigeración secundario anteriormente mencionado, el cual funciona
con una mezcla de agua y etilenglicol del mismo tipo del que se
utiliza en el circuito para la calefacción del compartimiento de los
pasajeros y que está instalado entre el compartimiento de los
pasajeros y el circuito primario. El circuito secundario está
compuesto básicamente de dos intercambiadores de calor: un primer
intercambiador de calor constituido por el mismo enfriador 11
mencionado anteriormente, instalado en el compartimiento del motor y
que funciona como un intercambiador de calor intermedio para
sustraer calor del fluido de circuito secundario; y un segundo
intercambiador de calor 12 (referido como "refrigerador de
aire"), instalado, en lugar del evaporador 8 en el interior del
salpicadero aguas arriba del calefactor 10 con respecto al flujo de
aire dirigido hacia el compartimiento de los pasajeros, el cual
recibe el fluido frío que proviene del intercambiador de calor 11 y
sustraer el calor del aire que lo atraviesa. Como se puede observar,
la solución conocida ilustrada en la figura 2 difiere de aquella de
la figura 1 con respecto a dos aspectos
principales:
principales:
- 1)
- el circuito de compresión del gas está completamente contenido en el compartimiento del motor; y
- 2)
- el calor es sustraído del aire del compartimiento de los pasajeros no directamente sino mediante la interposición de un circuito secundario que funciona con una mezcla de agua y etilenglicol.
La mezcla que funciona como un vector de calor
en el circuito secundario es empujada al interior del circuito
secundario mediante una bomba accionada eléctricamente 13
independiente de aquélla del sistema para la refrigeración del
motor, la cual generalmente es una bomba accionada por el árbol del
motor por medio de una transmisión de correa.
Las soluciones conocidas descritas anteriormente
en la presente memoria adolecen de un inconveniente. Cuando el
vehículo automóvil está parado durante un largo tiempo en unas
condiciones ambientales tales que causen un calentamiento
considerable del compartimiento del pasajero (por ejemplo, cuando
una persona se prepara a entrar dentro del vehículo después de que
haya estado estacionado durante un largo tiempo al sol en un día de
verano y el sol esté todavía alto), el sistema de aire acondicionado
se ajusta a la máxima potencia y debe cambiar el aire en el
compartimiento de los pasajeros rápidamente para generar en su
interior condiciones medioambientales confortables. Cuando el aire
ha sido cambiado completamente por otro aire más fresco, el punto de
funcionamiento del sistema de aire acondicionado se puede modificar
desde la condición de máxima potencia a una de mantenimiento de las
condiciones de confort, caracterizada por flujos inferiores de aire
de gas refrigerante a través del circuito en el cual funciona el
fluido primario y en particular a través del evaporador. El sistema
tradicional, también referido como "evaporación directa"
(figura 1) se dimensiona de tal modo que sea capaz de garantizar que
las condiciones de confort se consiguen dentro de un período de
aproximadamente diez minutos. En un vehículo que habitualmente
realiza viajes de larga duración, el sistema, por lo tanto, estará
predominantemente infrautilizado, porque los componentes estarán
dimensionados más bien según el máximo requisito de potencia, el
cual en este caso se exprime únicamente en los primeros minutos de
funcionamiento. Observando esto al contrario, se puede decir que el
sistema de aire acondicionado en este tipo de vehículo, diseñado
para viajes largos está sobredimensionado con respecto a la potencia
que debe generar para la mayor parte del tiempo, en la cual está
funcionando.
El sistema de circuito secundario presenta un
inconveniente adicional: el tiempo requerido para alcanzar las
condiciones de confort es todavía más largo teniendo en cuenta la
inercia térmica constituida por el intercambiador de calor
intermedio (enfriador) y por la carga de la mezcla de agua y glicol
que llena el circuito secundario. Una solución que ha probado ser
eficaz para superar este inconveniente del sistema de circuito
secundario es la adopción de un compresor de una capacidad cúbica
más alta.
El objetivo de la presente invención es superar
los inconvenientes de las soluciones conocidas y en particular
proporcionar un sistema de aire acondicionado que sea capaz de
satisfacer eficazmente la necesidad de refrigeración en cualquier
misión de funcionamiento sin, sin embargo, estar sobredimensionado
con respecto a las condiciones de uso dominantes.
Un objetivo adicional es proporcionar un sistema
de aire acondicionado para un vehículo automóvil que sea capaz de
responder eficazmente a la demanda de un comportamiento mejor en
cualquier condición de uso, sin que esto conduzca a una complicación
mayor comparada con los sistemas del mismo tipo que han sido
fabricados hasta el momento.
Con vistas a alcanzar dicho propósito, el
objetivo de la invención es un sistema que tiene las características
especificadas en la reivindicación 1.
La idea básica que subyace en la presente
invención es utilizar el intercambiador de calor que forma parte del
sistema de calefacción como una masa de refrigeración adicional en
las condiciones de funcionamiento, en las cuales se requiere que el
sistema de aire acondicionado proporcione la máxima potencia de
refrigeración. De este modo, es posible adaptarse de un modo eficaz
a las situaciones en las cuales se requiera proporcionar la máxima
potencia de refrigeración sin que esto implique la necesidad de
sobredimensionar el sistema con respecto a las condiciones en las
cuales tiene que funcionar de forma dominante.
El suministro de la masa radiante
"caliente" con una mezcla fría durante los transitorios de
refrigeración del compartimiento de los pasajeros hace disponible
una potencia de enfriamiento adicional, complementaria a la potencia
básica disponible por parte del circuito de refrigeración. Dicha
potencia adicional, capacitando que se cumpla el pico de demanda en
la fase inicial del transitorio, posibilita superar la inercia
térmica del circuito secundario, capacitando de ese modo la garantía
de confort dentro de los tiempos requeridos y ya asegurados por los
sistemas evaporación directa tradicionales.
La invención se describirá a continuación
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, los cuales se
proporcionan únicamente a título de ejemplo y en los cuales:
- las figuras 1 y 2 son ilustraciones
esquemáticas, ya descritas antes en este documento, de los sistemas
según la técnica conocida; y
- la figura 3 es una ilustración esquemática de
una forma de realización preferida del sistema según la
invención.
Las representaciones esquemáticas en las figuras
1 y 2, las cuales contemplan soluciones conocidas, ya han sido
descritas anteriormente en la presente memoria.
La figura 3 ilustra un ejemplo de forma de
realización del sistema según la invención, el cual es del tipo de
circuito secundario ya ilustrado en la figura 2. En la figura 3, las
piezas en común con las de la figura 2 están designadas mediante los
mismos números de referencia. Tal como se pone de manifiesto a
partir de la figura 3, la principal diferencia con respecto a la
figura 2 descansa en el hecho de que, en este caso, el circuito
secundario y el circuito de calefacción están en comunicación entre
sí en los nodos designados por 14 y 15 en la figura 3. Por lo menos
en dichos nodos 14, 15, o incluso en ambos, como se ilustra en la
figura 3, están provistas válvulas de cuatro vías 16, 17 que pueden
ser controladas utilizando medios de cualquier tipo conocido. Las
válvulas 16, 17 tienen una estructura de cualquier tipo conocido y
están provistas de modo que en una primera condición de
funcionamiento, que corresponde a la condición de activación de la
calefacción para el compartimiento de los pasajeros, el fluido
caliente que proviene del motor se dirige a través de la masa
radiante 10, ya continuación, vuelve al motor, mientras el fluido
que atraviesa el circuito secundario, que proviene del
intercambiador de calor 11 (enfriador), puede fluir únicamente a
través del intercambiador de calor 12. Cuando, en cambio, se
desactiva la calefacción del compartimiento de los pasajeros, las
válvulas 16 y 17 son llevadas automáticamente (por ejemplo, mediante
un conjunto de control electrónico, en el caso en el que las
válvulas 16, 17 sean válvulas de solenoide) a una condición de
funcionamiento de tal modo que el fluido que atraviesa el circuito
secundario, que proviene del intercambiador de calor (enfriador) 11,
puede fluir a través del intercambiador de calor 10 y el
intercambiador de calor 12. Los flujos en la salida de los
intercambiadores de calor 10, 12 son transportados entonces otra vez
al interior de un conducto único que los devuelva al interior del
circuito secundario, hasta la bomba 13. En dicha condición, la
comunicación del conducto que atraviesa el intercambiador de calor
10 con el circuito para la refrigeración del motor está interrumpida
(el dibujo adjunto no representa los medios, conocidos por sí
mismos, mediante los cuales se evita en cualquier caso la
circulación del refrigerante que proviene del motor a través del
intercambiador de calor 10, cuando el sistema de calefacción no está
activo).
En el caso de la presente invención, la conexión
de circuito secundario con el circuito para la calefacción del
compartimiento de los pasajeros, por medio de una o dos válvulas de
cuatro vías 16, 17, capacita, según la necesidad momentánea de una
potencia extraordinaria, el suministro de una mezcla fría también a
la masa radiante 10, la cual estando instalada en serie a lo largo
del paso del aire aguas abajo de la masa fría 12, generalmente es
suministrada con una mezcla caliente que se toma del circuito para
la refrigeración del motor térmico del vehículo.
Como se puede observar, el resultado previamente
establecido se obtiene con unas pocas modificaciones simples con
respecto al sistema tradicional, que consisten en la introducción de
una o dos válvulas de cuatro vías 16, 17 y en la sustitución de la
masa radiante 10 de un tipo tradicional con un intercambiador de
calor que incluye los dispositivos generalmente provistos en el
intercambiador-evaporador de calor 8 para una
evacuación apropiada del agua condensada, la cual, habiendo sido
sustraída del aire húmedo que atraviesa el intercambiador de calor,
es depositada en las aletas de los tubos del intercambiador de
calor. Por la misma razón, además se debe adoptar un dispositivo
para la descarga del agua condensada similar al que generalmente
está presente en un área tal como la del evaporador 8. Además, es
necesario asegurar que las contra presiones opuestas al flujo de la
mezcla de agua y glicol en las dos ramas que atraviesan el
intercambiador de calor 12 y 10, respectivamente, sean iguales.
Finalmente, para superar el fenómeno de la denominada
"condensación rápida", debido a la masa fría del intercambiador
de calor que ha permanecido humedecida por el agua condensada
sustraída del aire húmedo durante el recorrido anterior, se puede
contemplar, de un modo conocido por sí mismo, orientar el aire hacia
los pies del conductor durante los primeros pocos minutos de
funcionamiento del sistema, de modo que la masa se seque.
Gracias a las simples modificaciones
anteriormente mencionadas, tal como se puede observar, la invención
capacita la explotación del intercambiador de calor, el cual en
cualquier caso está provisto a fin de calentar el aire del
compartimiento de los pasajeros, como una fuente adicional de frío
para ser explotada en condiciones en las que se requieran picos de
potencia del sistema para refrigerar el aire en el compartimiento de
los pasajeros.
Por supuesto, sin perjuicio del principio de la
invención, los detalles de la construcción y las formas de
realización pueden variar ampliamente con respecto a lo que ha sido
descrito e ilustrado en la presente memoria puramente a título de
ejemplo, sin apartarse, por ello, del alcance de la presente
invención.
Claims (5)
1. Sistema de aire acondicionado para un
vehículo automóvil que comprende una estructura que define un
compartimiento del motor (3), el cual recibe en su interior un motor
de combustión interna (4), y un compartimiento de pasajeros (2)
separado del compartimiento del motor (3) a través de un cortafuegos
(1), en el que dicho sistema comprende:
- -
- un circuito de refrigeración primario de compresión de gas, completamente contenido en el compartimiento del motor (3) y que incluye:
- -
- un evaporador o enfriador (11), en el cual se evapora el fluido del circuito primario, sustrayendo calor del aire que lo rodea,
- -
- un compresor (5) para la compresión del vapor que proviene del evaporador o enfriador (11),
- -
- un condensador (6) del fluido comprimido por el compresor (5), y
- -
- un dispositivo de expansión (7) que recibe el fluido del condensador (6) y lo suministra a una presión inferior al evaporador o enfriador (11),
- -
- un circuito para la calefacción del compartimiento de los pasajeros, que comprende una rama (9) del sistema para la refrigeración del motor que atraviesa un intercambiador de calor (10) instalado en el compartimiento de los pasajeros (2) del vehículo automóvil en una posición tal que sea recubierto por un flujo de aire transportado al interior del compartimiento de los pasajeros, y
- -
- un circuito secundario de refrigeración de aire transportado al compartimiento de los pasajeros, que comprende:
- -
- un primer intercambiador de calor (12) (refrigerador de aire) instalado en el compartimiento de los pasajeros (2), para sustraer calor del aire suministrado al interior del compartimiento de los pasajeros; y
- -
- un segundo intercambiador de calor (11), constituido por dicho evaporador o enfriador del circuito primario, el cual es atravesado también por dicho circuito secundario, para sustraer calor del fluido del circuito secundario, en el que
dicho intercambiador de calor (10) del circuito
de calefacción del compartimiento de los pasajeros está dispuesto
previamente para funcionar también como refrigerador de aire,
estando caracterizado dicho sistema
porque dicho circuito secundario de refrigeración del compartimiento
de los pasajeros está conectado al circuito de calefacción por unos
medios de válvula (16 y/o 17) que pueden ser controladas entre una
primera condición de funcionamiento, en la cual el fluido que
atraviesa el circuito secundario, que proviene de dicho segundo
intercambiador de calor (11), puede fluir únicamente a través del
primer intercambiador de calor (12) de dicho circuito secundario y
una segunda condición en la cual el fluido, que proviene del segundo
intercambiador de calor (11) a través del circuito secundario,
fluirá tanto en el primer intercambiador de calor (12) del circuito
secundario como en el intercambiador de calor (10) anteriormente
mencionado del circuito de calefacción, el cual, en este
caso,funciona como masa adicional para refrigerar el aire dirigido
al compartimiento de los pasajeros.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el circuito secundario y el circuito de calefacción se cruzan en dos
nodos (14, 15) respectivamente aguas arriba y aguas abajo del primer
intercambiador de calor (12) del circuito secundario y aguas arriba
y aguas abajo del intercambiador de calor (10) del circuito de
calefacción.
3. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado porque por lo menos en uno de dichos nodos (14,
15) está prevista una válvula de cuatro vías (16, 17).
4. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado porque ambos de dichos nodos (14, 15)
anteriormente mencionados están provistos de unas respectivas
válvulas de cuatro vías (16, 17).
5. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque el intercambiador de calor (10) del
circuito de calefacción está provisto de unos medios para la
recogida y evacuación del agua condensada que se forma en dicho
intercambiador de calor cuando este último se utiliza como
refrigerador de aire.
Applications Claiming Priority (1)
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| EP08425393A EP2135758B1 (en) | 2008-05-30 | 2008-05-30 | Air conditioning system for a motor-vehicle, with an air cooling secondary circuit connectable to the heating circuit |
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