ES2367771T3 - Dispositivo que incluye un intercambiador de calor ,una zona de acumulación y un filtro de gas. - Google Patents

Dispositivo que incluye un intercambiador de calor ,una zona de acumulación y un filtro de gas. Download PDF

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Abstract

Dispositivo (12) destinado a ser instalado en un circuito de climatización (1) que coopera con una instalación de ventilación, de calefacción y / o de climatización de un vehículo automóvil, comprendiendo el dispositivo (12) una carcasa (26) que aloja un intercambiador de calor interno (5) y una zona de acumulación (20), caracterizado porque la carcasa (26) aloja un filtro de gas (45).

Description

Dominio técnico de la invención
La presente invención es del dominio de los circuitos de climatización que cooperan con una instalación de ventilación, de calefacción y / o de climatización de un vehículo automóvil. Ésta tiene como objeto un dispositivo que comprende un intercambiador de calor interno y un acumulador. Ésta también tiene como objeto un circuito de climatización que comprende un dispositivo como tal.
Estado de la técnica
Un vehículo automóvil está equipado corrientemente con una instalación de ventilación, de calefacción y / o de climatización para regular los parámetros aerotérmicos del aire contenido en el interior del habitáculo del vehículo. La instalación está constituida principalmente por una carcasa de material plástico que está alojada bajo el tablero de mandos del vehículo. La carcasa canaliza la circulación de por lo menos un flujo de aire previamente a la emisión de este último en el interior del habitáculo.
Una instalación como tal coopera con un circuito de climatización para refrigerar el flujo de aire previamente a la evacuación de este último fuera de la carcasa, hacia el habitáculo. El circuito de climatización comprende una pluralidad de elementos tales como, por lo menos, un compresor, un enfriador de gas, un intercambiador de calor interno, un órgano de expansión, un evaporador y un acumulador.
Por el interior de los elementos del circuito de climatización circula un fluido constituido por una mezcla de un fluido refrigerante, tal como un fluido supercrítico, dióxido de carbono, en particular conocido bajo la referencia R744, y un aceite lubricante del compresor.
El fluido circula desde el compresor hacia el enfriador de gas, después a través de una rama de “alta presión” del intercambiador de calor interno, después hacia el órgano de expansión, a continuación a través del evaporador, después hacia el acumulador y, por fin, a través de una rama de “baja presión” del intercambiador de calor interno, para retornar al compresor.
El compresor está destinado a recibir el fluido refrigerante en estado gaseoso y a comprimirlo para llevarlo a alta presión. El enfriador de gas es apto para refrigerar el fluido refrigerante comprimido, a presión relativamente constante, cediendo el calor a su entorno. El órgano de expansión está en condiciones de bajar la presión del fluido refrigerante que sale del enfriador de gas llevándolo, al menos en parte, al estado líquido. El evaporador, en cuanto a él se refiere, es adecuado para hacer pasar al estado gaseoso el fluido refrigerante en estado líquido procedente del órgano de expansión, a presión relativamente constante, extrayendo el calor a dicho flujo de aire que atraviesa del evaporador.
El acumulador asegura una función de separación entre, por una parte, una fase gaseosa del fluido refrigerante y, por otra parte, una fase líquida del fluido refrigerante y el aceite lubricante. Con este fin, el acumulador comprende una zona de separación en el interior de la cual dichas fases y dicho aceite se disocian por gravedad.
El acumulador asegura también una función de almacenamiento de una carga circulante de fluido refrigerante y / o de aceite lubricante en función de las condiciones de utilización del circuito de climatización. Para esto, el acumulador comprende una zona de acumulación del fluido refrigerante en estado líquido y / o del aceite lubricante que la zona de acumulación recoge simultáneamente, procedente de la zona de separación.
En su generalidad, el acumulador está constituido por una carcasa que aloja la zona de separación y la zona de acumulación, estando la zona de separación sobre la zona de acumulación. La carcasa comprende un tabique inferior que delimita la zona de acumulación en la parte baja de la carcasa y un tabique superior que delimita la zona de separación en la parte alta de la carcasa.
El dispositivo está calificado de dispositivo combinado desde el momento en que el intercambiador de calor está instalado en el interior de la carcasa, bajo la zona de separación, y sensiblemente dentro de la zona de acumulación.
El fluido refrigerante a baja presión y el aceite lubricante procedentes del evaporador penetran en el interior de la parte alta de la carcasa para ser admitidos en el interior de la zona de separación. El fluido refrigerante se disocia en fase gaseosa y en fase líquida en el interior de la zona de separación. El aceite lubricante y el fluido refrigerante en estado líquido descienden desde la zona de separación hacia la zona de acumulación. Siendo la densidad del aceite lubricante superior a la del fluido refrigerante en estado líquido, dicho aceite tiende a acumularse directamente por encima del tabique inferior en una capa inferior de dicha zona de acumulación, mientras que el fluido refrigerante en estado líquido tiende a sobrenadar por encima de dicho aceite y a acumularse en una capa superior de dicha zona de acumulación.
Un dispositivo como tal es conocido a partir del documento EP 1 961 597 A, que es considerado como la técnica anterior más próxima.
Un dispositivo como tal presenta un primer inconveniente que reside en el hecho de que no está previsto un medio de filtración de la fase gaseosa del fluido refrigerante que circula en el dispositivo según la invención.
Un dispositivo como tal presenta un segundo inconveniente que reside en el hecho de que la pureza y la calidad del fluido refrigerante a baja presión, que es evacuado fuera del dispositivo para ser admitido en el interior del compresor, merece ser mejorado para optimizar la perennidad y la eficacia del compresor, y, en consecuencia, optimizar también la perennidad y la eficacia del circuito de climatización.
Un dispositivo como tal presenta finalmente un tercer inconveniente que reside en el hecho de que la disposición de las entradas y salidas del fluido refrigerante de un dispositivo combinado como tal en presencia de un filtro de gas, no permite una integración fácil de dicho dispositivo en un circuito de climatización de conformación relativamente corriente.
Objetivo de la invención
Un primer objetivo de la presente invención es proponer un dispositivo compacto que asocia un intercambiador de calor interno y un acumulador que participa en un circuito de climatización cooperando con una instalación de ventilación, de calefacción y / o de climatización de un vehículo automóvil, estando dispuesto dicho dispositivo de forma tal de evitar los deterioros susceptibles de afectar a un compresor que comprende el circuito de climatización, a la vez que se minimizan las pérdidas de carga susceptibles de afectar a un fluido refrigerante que circula en el interior de dicho dispositivo.
Un segundo objetivo de la presente invención es proponer un circuito de climatización que comprende un dispositivo como tal, facilitando la disposición de este último su integración en el circuito de climatización en ciertas conformaciones de este último para mejorar el coeficiente de rendimiento “COP” (Coefficient of Performance) de dicho circuito.
El dispositivo comprende una carcasa que aloja un intercambiador de calor interno y una zona de acumulación. La carcasa aloja un filtro de gas.
El filtro de gas preferentemente linda con el intercambiador de calor interno.
El filtro de gas está alojado, en particular, en el interior de un volumen adicional dispuesto entre el intercambiador de calor interno y el tabique inferior de la carcasa. La dimensión en la dirección ortogonal a una dirección general de extensión del dispositivo queda limitada puesto que el filtro está bajo el intercambiador de calor. El impacto negativo de la integración del filtro sobre el diámetro del dispositivo (cuando éste es, de forma global, cilíndrico) es inexistente, lo que facilita la integración del dispositivo según la invención dentro de un compartimento motor de un vehículo actual.
Con preferencia, el filtro de gas está constituido principalmente por una rejilla que comprende una superficie de pasaje libre SPL y una superficie total ST.
La rejilla comporta en particular una relación R entre la superficie total ST y la superficie de pasaje libre SPL que está comprendida entre 2,8 y 3,2.
La relación R es preferentemente igual a 3.
La superficie de pasaje libre SPL está comprendida, por ejemplo, entre 8 cm2 y 12 cm2.
La superficie de pasaje libre SPL es, en particular, igual a 10 cm2.
La rejilla comprende ventajosamente una malla de un tamaño que está comprendido entre 40 m y60 m.
La malla de la rejilla es de un tamaño preferentemente igual a 50 m.
Un circuito de climatización de la presente invención es principalmente reconocible porque el circuito de climatización comprende un dispositivo como tal.
El filtro de gas está dispuesto ventajosamente sobre una trayectoria de circulación de “baja presión” que comprende una rama de “baja presión” del intercambiador de calor interno y una zona de separación de un fluido refrigerante en estado gaseoso FRG y de un fluido refrigerante en estado líquido FRL.
Descripción de las figuras
La presente invención será mejor comprendida, y se harán evidentes detalles relevantes de la misma, con la lectura de la descripción que se va a realizar de variantes de realización en relación con las figuras de los gráficos anexos, en los cuales:
la Figura 1 es una ilustración esquemática de un circuito de climatización que comprende un dispositivo según la presente invención;
la Figura 2 es una ilustración esquemática en corte de un dispositivo representado en la figura anterior;
la Figura 3 es una ilustración esquemática en vista desde arriba de un filtro de gas en el cual está previsto el dispositivo representado en las figuras anteriores.
En la Figura 1, una instalación de ventilación, de calefacción y / o de climatización que equipa un vehículo automóvil, coopera con un circuito de climatización 1 para refrigerar un flujo de aire 2 previamente a la liberación de este último en el interior del habitáculo del vehículo. El circuito de climatización 1 comprende un compresor 3, un enfriador de gas 4, un intercambiador de calor interno 5, un órgano de expansión 6, un evaporador 7 y un acumulador 8, en el interior de los cuales circula un fluido F. Este último está constituido por una mezcla de un fluido refrigerante FR, tal como un fluido supercrítico, dióxido de carbono conocido bajo la referencia R744, en particular, y un aceite lubricante
H. Este está añadido al fluido refrigerante FR para perennizar el funcionamiento del compresor 3.
El fluido F circula desde el compresor 3 hacia el enfriador de gas 4, después a través de una rama de “alta presión” 9 del intercambiador de calor interno 5, después hacia el órgano de expansión 6, a continuación a través del evaporador 7, después hacia el acumulador 8 y, por fin, a través de una rama de “baja presión” 10 del intercambiador de calor interno 5, para retornar al compresor 3. Estas disposiciones pretenden permitir un intercambio de calor entre el fluido refrigerante FR que circula a alta presión y a alta temperatura por el interior de dicha rama de “alta presión” 9 y el fluido refrigerante FR que circula a baja presión y a baja temperatura por el interior de dicha rama de “baja presión” 10. De esto resulta una mejora de un coeficiente de rendimiento “COP” del circuito de climatización 1.
El circuito de climatización 1 comprende una línea de “alta presión” 17 que comienza a la salida del compresor 3 y que termina a la entrada del órgano de expansión 6, según un sentido de circulación 11 del fluido refrigerante FR en el interior del circuito de climatización 1, estando interpuestos entre estos dos puntos el enfriador de gas 4 y la rama de “alta presión” 9 del intercambiador de calor interno 5.
El circuito de climatización 1 comprende también una línea de “baja presión” 18 que comienza a la salida del órgano de expansión 6 y que termina a la entrada del compresor 3, según el sentido de circulación 11 del fluido refrigerante FR en el interior del circuito de climatización 1, estando interpuestos entre estos dos puntos el evaporador 7, el acumulador 8 y la rama de “baja presión” 10 del intercambiador de calor interno 5.
El acumulador 8, dispuesto aguas abajo del evaporador 7 según el sentido de circulación 11 del fluido refrigerante FR en el interior del circuito de climatización 1, permite una separación de una fase gaseosa FRG y de una fase líquida FRL del fluido refrigerante FR procedente el evaporador 7 y un almacenamiento de un resto de fluido refrigerante FR en estado líquido FRL y de aceite lubricante H. Con este fin, el acumulador 8 comprende una zona de separación 19 de la fase gaseosa FRG y de la fase líquida FRL y una zona de acumulación 20 de la fase líquida FRL.
El intercambiador de calor interno 5 y el acumulador 8 están asociados en un dispositivo 12 que forma un conjunto monobloque que asegura conjuntamente las funciones del intercambiador de calor interno 5 y del acumulador 8. Los caracteres de combinado y de monobloque de dicho dispositivo 12 permiten que el intercambiador de calor interno 5 y el acumulador 8 estén instalados simultáneamente sobre el circuito de climatización 1, formando el intercambiador de calor interno 5 y el acumulador 8 un conjunto integrado. Esto tiene como efecto eximirse de un conducto instalado en el compartimento motor del vehículo, entre una salida 22 del acumulador 8 y una entrada 23 de la rama de “baja presión” 10 del intercambiador de calor interno 5.
El dispositivo 12 comprende una entrada de “alta presión” 13 a través de la cual es admitido el fluido refrigerante FR procedente del enfriador de gas 4 en el interior del dispositivo 12. El dispositivo 12 comprende también una salida de “alta presión” 14 a través de la cual es evacuado el fluido refrigerante FR a alta presión fuera del dispositivo 12 hacia el órgano de expansión 6. La entrada de “alta presión” 13 y la salida de “alta presión” 14 están unidas una a la otra por medio de una trayectoria de circulación de “alta presión” 24 que comprende la rama de “alta presión” 9.
El dispositivo 12 comprende también una entrada de “baja presión” 15 a través de la cual es admitido el fluido refrigerante FR procedente del evaporador 7 en el interior del dispositivo 12. El dispositivo 12 comprende finalmente una salida de “baja presión” 16 a través de la cual es evacuado el fluido refrigerante FR en estado gaseoso y a baja presión fuera del dispositivo 12 hacia el compresor 3. La entrada de “baja presión” 15 y la salida de “baja presión” 16 están unidas una a la otra por medio de una trayectoria de circulación de “baja presión” 25 que comprende la rama de “baja presión” 10 del intercambiador de calor interno 5 y la zona de separación 19.
En la Figura 2, el dispositivo 12 comprende una carcasa 26 que está constituida por un tabique superior 27, un tabique inferior 28 y por lo menos una pared lateral 29. Esta última está conformada, en particular, por un tubo alargado cuyas extremidades están obturadas por una tapa superior que forma el tabique superior 27 y por una tapa inferior que forma el tabique inferior 28. La carcasa 26 aloja el intercambiador de calor interno 5, la zona de separación 19 y la zona de acumulación 20.
La carcasa 26 aloja un componente interno monobloque 30 que está formado por una pared de delimitación 31de la zona de separación 19 y de la zona de acumulación 20, por una pared de confinamiento 32 del intercambiador de calor interno 5 con respecto a la zona de acumulación 20, y por un conducto 33 que une la pared de confinamiento 32 y la pared de delimitación 31.
La pared de delimitación 31 aísla parcialmente la zona de separación 19 y la zona de acumulación 20, una de la otra. La pared de delimitación 31está interpuesta entre la zona de separación 19 y la zona de acumulación 20.
La pared de confinamiento 32 aísla la zona de acumulación 20 y el intercambiador de calor interno 5, una del otro. Este último está interpuesto entre la pared de confinamiento 32 y el tabique inferior 28. De esto se deduce que la zona de acumulación 20 está en sí misma interpuesta entre la pared de delimitación 31 y la pared de confinamiento
32.
El conducto 33 está interpuesto entre la pared de delimitación 31 y la pared de confinamiento 32 extendiéndose por el interior de la zona de acumulación 20. El conducto 33 comprende una primera extremidad 34 equipada de una primera abertura 35 que está dispuesta a través de la pared de delimitación 31 y de una segunda extremidad 36 equipada de una segunda abertura 37 que está dispuesta a través de la pared de confinamiento 32. El conducto 33 delimita un volumen interno 38 que está en comunicación fluidodinámica con la zona de separación 19 por medio de la primera abertura 35 y con el intercambiador de calor interno 5 por medio de la segunda abertura 37. Esta disposición es tal que el volumen interno 38 del conducto 33 constituye un pasaje del fluido refrigerante en estado gaseoso desde la zona de separación 19 hacia la entrada 23 de la rama de “baja presión” 10 del intercambiador de calor interno 5.
La pared de delimitación 31 está provista de un collarín 39 que está dispuesto alrededor de la primera abertura 35, y que está ensanchado desde la pared de delimitación 31 hacia la zona de separación 19. Esta disposición pretende facilitar una admisión del fluido refrigerante en estado gaseoso en el interior del volumen interno 38 del conducto 33 e impedir una admisión del fluido refrigerante en estado líquido en el interior de dicho volumen interno 38. De ello resulta finalmente que el fluido refrigerante procedente del evaporador 7 se escinde por efecto ciclónico en gas y en líquido después de su admisión en el interior de la zona de separación 19 por medio de un canal 40 que equipa la entrada de “baja presión” 15 del dispositivo 12. El canal 40 está conformado, por ejemplo, como un cilindro provisto de un orificio tangencial 41 para facilitar dicha escisión entre el fluido refrigerante en estado líquido FRL y el fluido refrigerante en estado gaseoso FRG. El fluido refrigerante en estado líquido FRL tiende a descender por gravedad desde el canal 40 hasta la pared de delimitación 31, mientras que el fluido refrigerante en estado gaseoso FRG se dispersa en el interior de la zona de separación 19 hasta, en particular, penetrar en el interior de dicho volumen interno 38.
La pared de delimitación 31 está conformada como un disco cuyo centro 42 está provisto de la primera abertura 35 y cuyo reborde 43 está provisto de patillas de guía 44 de posicionamiento de la pared de delimitación 31 contra la pared lateral 29 de la carcasa 26.
Para evitar que fluido refrigerante en estado gaseoso FRG transporte impurezas tales como polvo, residuos metálicos
o materiales análogos, la presente invención propone proveer de un filtro de gas 45 a la trayectoria de circulación de “baja presión” 25 del dispositivo 12,. Más particularmente, el filtro de gas 45 es contiguo al intercambiador de calor 5, linda por consiguiente con éste último en el sentido en que el filtro de gas y el intercambiador de calor interno están directamente frente a frente y próximos uno al otro, a la vez que se deja un espacio libre entre dicho intercambiador y el frente del filtro de gas de modo que se moja la totalidad de este frente con el fluido refrigerante. Más precisamente aún, el filtro de gas 45 está interpuesto entre el intercambiador de calor interno 5 y el tabique inferior 28 de la carcasa
26.
De esto se deduce que el filtro de gas está alojado en el interior de un volumen adicional 46 de la carcasa 26, estando dispuesto el volumen adicional 46 bajo el intercambiador de calor interno 5 y por encima del tabique inferior 28 de la carcasa 26, según un eje de extensión general  del dispositivo 12. Los términos “por encima” y “por debajo” se deben interpretar con respecto a una posición de utilización del dispositivo 12 en la cual, según el eje de gravedad g, la zona de acumulación 20 está sobre el intercambiador de calor 5, y la zona de separación 19 está sobre la zona de acumulación 20.
En su generalidad, y con respecto a la Figura 3, el filtro de gas 45 está constituido principalmente por una rejilla 47 que comprende una superficie de pasaje libre SPL y una superficie total ST. La superficie de pasaje libre SPL está definida como la suma del conjunto de las superficies de pasaje del fluido refrigerante en estado gaseoso FRG entre las mallas 48 de la rejilla 47. Por lo que se refiere a la superficie total ST, ésta está definida como la superficie global del filtro de gas 45 tomada perpendicularmente al sentido de circulación del fluido refrigerante en estado gaseoso FRG a través del filtro de gas 45.
El filtro de gas 45 presenta una relación R, definida como la relación entre la superficie total ST y la superficie de pasaje libre SPL, la cual es del orden de 3. Así, la superficie de pasaje libre SPL es, por ejemplo, del orden de 10 5 cm2 mientras que la superficie total ST es del orden de 30 cm2. Estas características son obtenidas, en particular, a partir de una rejilla que comprende una malla del orden de 50m.
En el caso común en el que el intercambiador de calor interno 5 es un intercambiador en espiral que comprende una primera espiral en el interior de la cual circula el fluido refrigerante a alta presión y una segunda espiral en el interior del cual circula el fluido refrigerante a baja presión, el filtro de gas 45 comprende un orificio 49 para el pasaje a su
10 través de un colector de entrada de alta presión 50 que une la entrada de “alta presión” 13 con el intercambiador de calor interno 5. Igualmente, el filtro de gas 45 comprende un hueco 51 para la recepción de un tapón inferior 52 que equipa un colector de salida de alta presión 53 del intercambiador de calor interno 5.
El conjunto de estas disposiciones es tal que el dispositivo 12 presenta una importante flexibilidad con respecto a la elección del posicionamiento de la salida de “baja presión” 16 sobre el tabique inferior 28. En efecto, debido al hecho
15 de que el filtro de gas 45 se extiende sobre toda la superficie del dispositivo 12 delimitado por la pared lateral 29, preferentemente circular, la salida de “baja presión” 16 es susceptible de ser situada en un lugar relativamente cualquiera de una distancia D que se extiende entre el orificio 49 y un borde 52 diametralmente opuesto al orificio 49.
Estas disposiciones son tales que el dispositivo 12 presenta una compactibilidad optimizada en particular según un plano ortogonal al eje de extensión general  del dispositivo 12.
20

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Dispositivo (12) destinado a ser instalado en un circuito de climatización (1) que coopera con una instalación de ventilación, de calefacción y / o de climatización de un vehículo automóvil, comprendiendo el dispositivo (12) una carcasa (26) que aloja un intercambiador de calor interno (5) y una zona de acumulación (20), caracterizado porque la carcasa (26) aloja un filtro de gas (45).
  2. 2.
    Dispositivo (12) según la reivindicación precedente, caracterizado porque el filtro de gas (45) linda con el intercambiador de calor interno (5).
  3. 3.
    Dispositivo (12) según la reivindicación 2, caracterizado porque el filtro de gas (45) está alojado en el interior de un volumen adicional (46) dispuesto entre el intercambiador de calor interno (5) y un tabique inferior (28) de la carcasa (26).
  4. 4.
    Dispositivo (12) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el filtro de gas (45) está constituido principalmente por una rejilla (47) que comprende una superficie de pasaje libre SPL y una superficie total ST.
  5. 5.
    Dispositivo (12) según la reivindicación 4, caracterizado porque la rejilla (47) comporta una relación R entre la superficie total ST y la superficie de pasaje libre SPL que está comprendida entre 2,8 y 3,2.
  6. 6.
    Dispositivo (12) según la reivindicación 5, caracterizado porque la relación R es igual a 3.
  7. 7.
    Dispositivo (12) según una cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque la superficie de pasaje libre SPL está comprendida entre 8 cm2 y 12 cm2.
  8. 8.
    Dispositivo (12) según la reivindicación 7, caracterizado porque la superficie de pasaje libre SPL es igual a 10 cm2.
  9. 9.
    Dispositivo (12) según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque la rejilla (47) comprende una malla (48) de un tamaño que está comprendido entre 40 m y 60 m.
  10. 10.
    Dispositivo (12) según la reivindicación 9, caracterizado porque la malla (48) de la rejilla (47) es de un tamaño igual a 50 m.
  11. 11.
    Circuito de climatización (1) que comprende un dispositivo (12) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
  12. 12.
    Circuito de climatización (1) según la reivindicación 11, caracterizado porque el filtro de gas (45) está dispuesto sobre una trayectoria de circulación de “baja presión” (25) que comprende una rama de “baja presión” (10) del intercambiador de calor interno (5) y una zona de separación (19) de un fluido refrigerante en estado gaseoso FRG y de un fluido refrigerante en estado líquido FRL.
ES10153464T 2009-02-17 2010-02-12 Dispositivo que incluye un intercambiador de calor ,una zona de acumulación y un filtro de gas. Active ES2367771T3 (es)

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