ES2711111T3 - Elemento destinado a la refrigeración del aire de un vehículo automóvil - Google Patents

Elemento destinado a la refrigeración del aire de un vehículo automóvil Download PDF

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Abstract

Elemento destinado a la refrigeración del aire de un vehículo automóvil, que incluye un material con cambio de fase compuesto (40) constituido a partir de al menos un primer material que es un material con cambio de fase (42) y de un segundo material (44) cuya estructura configura una matriz de soporte de dicho material con cambio de fase (42), caracterizado por que dicho material con cambio de fase compuesto (40) está recubierto con una capa de protección (46) termoconductora y por que el material con cambio de fase compuesto (40) incluye en su seno al menos un refuerzo de estructura rígida (48).

Description

DESCRIPCION
Elemento destinado a la refrigeracion del aire de un vehnculo automovil
La presente invencion concierne a un elemento destinado a la refrigeracion del aire de un vehnculo automovil y, mas en particular, a un elemento en correspondencia con un dispositivo de aire acondicionado embarcado en un vehnculo automovil que incluye un material con cambio de fase compuesto.
Los dispositivos de aire acondicionado para vehnculo automovil generalmente comprenden un lazo de climatizacion por el que circula un fluido caloportador. El lazo de climatizacion incluye en especial un compresor, un primer intercambiador de calor, una valvula de expansion y un segundo intercambiador de calor ubicado en un conducto de llegada de aire del habitaculo.
El lazo de climatizacion, en un modo de climatizacion, permite una refrigeracion del aire destinado al habitaculo cuando el primer intercambiador de calor cumple una funcion de condensador y el segundo intercambiador de calor cumple una funcion de evaporador. En esta configuracion, la energfa calonfica extrafda por el segundo intercambiador de calor al aire destinado al habitaculo es liberada por condensacion en correspondencia con el primer intercambiador de calor.
En el caso de un dispositivo de climatizacion llamado reversible, el aire destinado al habitaculo puede ser caldeado mediante paso del lazo de climatizacion a modo bomba de calor. En este modo, se invierten las funciones de los intercambiadores de calor primero y segundo. Asf, el primer intercambiador de calor cumple la funcion de evaporador, extrayendo energfa calonfica al aire exterior. Dicha energfa calonfica es liberada a continuacion en correspondencia con el segundo intercambiador de calor, que cumple la funcion de condensador y, asf, caldea el aire destinado al habitaculo.
No obstante, en vehnculos automoviles equipados con un alternador-arrancador para la puesta en practica de un dispositivo de paro y de rearranque automatico del motor, el paro del motor en un semaforo o en un stop lleva consigo el paro del funcionamiento del compresor del lazo de climatizacion y, por tanto, un paro del funcionamiento de este ultimo.
Con objeto de prolongar la refrigeracion del aire destinado al habitaculo en modo climatizacion, se conoce integrar en el dispositivo de climatizacion un elemento que incluye un material con cambio de fase compuesto. Cuando esta funcionando el lazo de climatizacion, el material con cambio de fase compuesto, a semejanza del aire destinado al habitaculo, cede energfa calonfica al fluido caloportador pasando a fase solida. Cuando el lazo de climatizacion esta parado, el aire destinado al habitaculo que circula en contacto con el material con cambio de fase es enfriado por este ultimo, el cual extrae de el energfa calonfica pasando a fase lfquida.
Por el documento JP 2012101604 A, que es considerado como la tecnica anterior mas proxima, se conoce un elemento destinado a la refrigeracion del aire de un vetnculo automovil.
El material con cambio de fase compuesto incluye al menos un primer material que es un material con cambio de fase y un segundo material cuya estructura configura una matriz de soporte de dicho material con cambio de fase. El material con cambio de fase compuesto es tal que, merced a su estructura compuesta, conserva una estructura ngida, sea cual fuere el estado solido o lfquido del material con cambio de fase.
Sin embargo, la utilizacion de un material con cambio de fase compuesto puede plantear problemas de durabilidad. En efecto, a fuerza de utilizacion, el material con cambio de fase presente en su matriz de soporte puede disminuir, por ejemplo por evaporacion o por derrame. Por lo tanto, con el tiempo, esto lleva consigo una disminucion de la eficiencia de dicho material con cambio de fase compuesto.
Es, por tanto, una de las finalidades de la invencion proponer un elemento destinado a la refrigeracion del aire que comprende un material con cambio de fase compuesto, duradero a lo largo del tiempo, y un dispositivo de aire acondicionado para vehnculo automovil que subsane al menos parcialmente los inconvenientes de la tecnica anterior.
La presente invencion concierne, pues, a un elemento destinado a la refrigeracion del aire de un vehnculo automovil, que incluye un material con cambio de fase compuesto constituido a partir de al menos un primer material que es un material con cambio de fase y de un segundo material cuya estructura configura una matriz de soporte de dicho material con cambio de fase, estando dicho material con cambio de fase compuesto recubierto con una capa de proteccion termoconductora, e incluyendo en su seno el material con cambio de fase compuesto al menos un refuerzo de estructura ngida.
El hecho de que el material con cambio de fase compuesto este recubierto con una capa de proteccion termoconductora impide la fuga del material con cambio de fase, ya sea por derrame, ya sea por evaporacion. Ademas, el hecho de que la capa de proteccion sea termoconductora permite conservar un buen intercambio termico entre el flujo de aire que pasa en contacto con el material con cambio de fase compuesto y el material con cambio de fase.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, la capa de proteccion es un tratamiento superficial oleofobo e hidrofobo de nanopartfculas hforidas organicas/inorganicas.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, la capa de proteccion es una pelfcula metalica de alta conductividad termica.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, la capa de proteccion es una capa de evaporacion de polfmero termoconductor.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, el refuerzo de estructura ngida es una armadura metalica.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, el un refuerzo de estructura ngida es una armadura plastica.
Asimismo, la presente invencion concierne a un dispositivo de aire acondicionado para vehfculo automovil que incluye un lazo de aire acondicionado que comprende un primer intercambiador de calor en contacto con el aire exterior y un segundo intercambiador de calor ubicado dentro de una caja de climatizacion, comprendiendo dicho dispositivo al menos un elemento destinado a la refrigeracion del aire tal como se ha descrito anteriormente, estando dicho elemento ubicado en correspondencia con el difusor de aire dentro del habitaculo.
De acuerdo con un aspecto del dispositivo de aire acondicionado segun la invencion, al menos un elemento destinado a la refrigeracion del aire configura una rejilla de difusion en la salida del difusor de aire dentro del habitaculo.
De acuerdo con otro aspecto del dispositivo de aire acondicionado segun la invencion, al menos un elemento destinado a la refrigeracion del aire configura portezuelas de orientacion y/o de cierre del flujo de aire que llega al habitaculo.
Otras caractensticas y ventajas de la invencion se pondran mas claramente de manifiesto con la lectura de la siguiente descripcion, dada a tftulo de ejemplo ilustrativo y no limitativo, y de los dibujos que se acompanan, de los cuales:
la figura 1 muestra una representacion esquematica de un dispositivo de aire acondicionado para vetuculo automovil segun una primera forma de realizacion,
las figuras 2a y 2b muestran una representacion esquematica en seccion de la estructura del material con cambio de fase compuesto, correspondiendo la figura 2a a una forma de realizacion que no pertenece a la invencion y correspondiendo la figura 2b a una forma de realizacion de acuerdo con la invencion,
la figura 3 muestra una representacion esquematica de un dispositivo de aire acondicionado para vetuculo automovil segun una segunda forma de realizacion,
la figura 4 muestra una representacion esquematica de un dispositivo de aire acondicionado para vetuculo automovil segun una tercera forma de realizacion,
la figura 5 muestra una representacion esquematica de un dispositivo de aire acondicionado para vetuculo automovil segun una cuarta forma de realizacion,
la figura 6 muestra una representacion esquematica de un dispositivo de aire acondicionado para vetuculo automovil segun una quinta forma de realizacion, y
la figura 7 muestra una representacion en perspectiva en despiece ordenado de un difusor de aire dentro del habitaculo.
En las diferentes figuras, los elementos identicos llevan los mismos numeros de referencia.
La figura 1 muestra una representacion esquematica de un dispositivo de aire acondicionado 1. Dicho dispositivo de aire acondicionado 1 incluye un lazo de climatizacion por el que circula un fluido caloportador y que comprende un primer intercambiador de calor 12, una valvula de expansion 14, un segundo intercambiador de calor 16 y un compresor 10.
El primer intercambiador de calor 12 puede ir ubicado en contacto con el aire exterior del vetuculo, por ejemplo en correspondencia con el frente. Dicho primer intercambiador de calor 12 puede estar acoplado en especial con un ventilador 18 que permite el paso del aire exterior a traves de este ultimo en caso de baja velocidad o de parada del vetuculo automovil. El segundo intercambiador de calor 16, por su parte, se ubica en el interior de una caja de climatizacion 2. El compresor 10 se ubica a la salida del segundo intercambiador de calor 16, y la valvula de expansion 14, a la entrada de este ultimo. Cuando el lazo de climatizacion esta en modo climatizacion y enfna el aire destinado al habitaculo, el primer intercambiador de calor 12 es un condensador que cede energfa calonfica al aire con el fin de permitir el paso del fluido caloportador de una fase gaseosa a lfquida, y el segundo intercambiador de calor 16 es un evaporador que capta energfa calonfica del aire destinado al habitaculo con el fin de permitir el paso del fluido caloportador de una fase Ifquida a gaseosa.
Por su parte, la caja de climatizacion 2 incluye una camara de mezclado 26 y conductos de distribucion de aire 30A, 30B, 30c . Aguas arriba de la caja de climatizacion 2 se puede asimismo ubicar un ventilador 22 con el fin de impulsar el aire a traves de dicha caja de climatizacion 2.
El aire destinado al habitaculo es impulsado por el ventilador 22, pasa a traves del segundo intercambiador de calor 16 y llega a la camara de mezclado 26. La entrada del aire a dicha camara de mezclado 26 esta controlada y regulada por una portezuela de mezclado 24. La orientacion de la portezuela de mezclado 24 permite guiar el aire destinado al habitaculo, bien directamente hacia los conductos de distribucion, el aire en este caso esta fno, o bien a traves de un calentador 32, por ejemplo un dispositivo calefactor electrico adicional con coeficiente de temperatura positivo, el aire esta, en este caso, caldeado. Tambien existe una posicion intermedia a cuyo efecto el aire pasa a ambos lados de la portezuela de mezclado 24, lo cual permite la mezcla de un aire fno con un aire caldeado en la camara de mezclado 26. Desde la camara de mezclado, el aire destinado al habitaculo se distribuye por medio de portezuelas de obturacion 28 a las zonas del vehfculo por intermedio de los conductos de distribucion de aire 30A, 30B y 30C. Por ejemplo, el conducto de distribucion de aire 30A grna el aire hacia unas salidas de aire bajo el parabrisas, el conducto de distribucion de aire 30B, hacia unas salidas en el frontis del tablero de mandos y, el conducto de distribucion de aire 30C, hacia unas salidas de aire bajo el tablero de mandos en direccion a los pies. La caja de climatizacion 2 incluye, ademas, al menos un elemento destinado a la refrigeracion del aire del vetnculo. Este elemento comprende un material con cambio de fase compuesto 40 cuya estructura queda ilustrada en las figuras 2a, 2b. Dicho material con cambio de fase compuesto 40 se constituye a partir de al menos un primer material que es un material con cambio de fase 42 y un segundo material 44 cuya estructura configura una matriz de soporte de dicho material con cambio de fase. El material con cambio de fase compuesto 40 es tal que, merced a su estructura compuesta, conserva una estructura ngida, sea cual fuere el estado solido o lfquido del material con cambio de fase 42.
La utilizacion de un material con cambio de fase compuesto 40 permite garantizar una conductividad termica incrementada con respecto a un material con cambio de fase integrado en el seno del segundo intercambiador de calor 16, asf como un buen comportamiento mecanico.
El material con cambio de fase compuesto 40 esta recubierto con una capa de proteccion 46 termoconductora que impide la fuga del material con cambio de fase 42, ya sea por derrame, ya sea por evaporacion. El hecho de que la capa de proteccion 46 sea termoconductora permite conservar un buen intercambio termico entre el flujo de aire que pasa en contacto con el material con cambio de fase compuesto 40 y el material con cambio de fase 42. Con objeto de mantener una buena conduccion termica entre el medio exterior y el material con cambio de fase compuesto 40, la capa de proteccion 46 tiene un espesor de 0 a 100 pm.
La capa de proteccion 46 termoconductora puede ser especialmente:
- una capa de fibras de carbono,
- un tratamiento superficial oleofobo e hidrofobo de nanopartfculas tnbridas organicas/inorganicas,
- una pelfcula metalica de alta conductividad termica, o tambien
- una capa de evaporacion de polfmero termoconductor.
Una capa de proteccion 46 en forma de una capa de fibras de carbono o de una pelfcula metalica de alta conductividad termica tiene especialmente un espesor superior o igual a 20 pm, en tanto que una capa de proteccion 46 en forma de un tratamiento superficial o de una capa de evaporacion de polfmero conductor tiene un espesor inferior a 20 pm.
Una capa de proteccion 46 gruesa tiene una conduccion termica mas baja, pero tiene un mayor poder de proteccion y, a la inversa, una capa de proteccion mas fina tiene una mejor conduccion termica, pero un menor poder de proteccion. De este modo, la eleccion del tipo de capa de proteccion 46 es dependiente de la ubicacion del material con cambio de fase compuesto 40 en el seno del dispositivo de aire acondicionado 1.
El material con cambio de fase 42 utilizado en el material con cambio de fase compuesto 40 puede ser especialmente un material con cambio de fase organico o inorganico vegetal o con otro origen. Preferentemente, tiene una temperatura de fusion comprendida entre 9 y 13 °C. Ademas, con el fin de garantizar una gran capacidad de almacenamiento de energfa y, por tanto, de extraccion de calor al aire destinado al habitaculo, dicho material con cambio de fase tiene ventajosamente un calor latente comprendido entre 100 y 300 kJ/kg.
El segundo material 44 en configuracion de matriz de soporte del material con cambio de fase 42 en el seno del material con cambio de fase compuesto 40 puede ser una matriz de fibras capilares de carbono o de polfmero. Como se muestra mediante la figura 2b, el material con cambio de fase compuesto 40 incluye en su seno, de conformidad con la invencion, al menos un refuerzo de estructura ngida 48. Este refuerzo de estructura ngida 48 da al material con cambio de fase compuesto 40 un mejor comportamiento mecanico. El refuerzo de estructura ngida 48 puede ser, por ejemplo, una armadura metalica, o tambien una armadura plastica englobada en el material con cambio de fase compuesto 40.
De acuerdo con una primera forma de realizacion de la invencion ilustrada en la figura 1, el elemento destinado a la refrigeracion del aire del vetnculo que comprende el material con cambio de fase compuesto 40 rodea al menos parcialmente el segundo intercambiador de calor 16. De este modo, en un paro del lazo de climatizacion, el aire destinado al habitaculo, que atraviesa el intercambiador de calor, sigue siendo enfriado merced a la transferencia de energfa calonfica entre el aire y el segundo intercambiador de calor 16. Esta energfa calonfica, en lugar de ser evacuada por el fluido caloportador, es absorbida por el material con cambio de fase compuesto 40, en el que el material con cambio de fase pasa de un estado solido a lfquido.
De acuerdo con una variante de esta primera forma de realizacion, el material con cambio de fase compuesto 40 se utiliza como material para realizar el soporte del segundo intercambiador de calor 16.
Esta configuracion alrededor del segundo intercambiador de calor 16 permite especialmente limitar el espacio necesario para la integracion del material con cambio de fase compuesto 40 dentro de la caja de climatizacion 2. El elemento destinado a la refrigeracion del aire del vetnculo que incluye el material con cambio de fase compuesto 40 puede ir ubicado asimismo aguas abajo del segundo intercambiador de calor 16 en el seno del conducto de llegada de aire 2 y, asf, estar en contacto directo con el aire destinado al habitaculo y, por tanto, intercambiar con el energfa calonfica de manera eficiente y, por tanto, mejorar el confort del usuario en caso de paro del lazo de climatizacion. Para ello, el material con cambio de fase compuesto 40 se ubica ventajosamente aguas abajo del segundo intercambiador de calor 16.
De acuerdo con una segunda forma de realizacion, ilustrada en la figura 3, el material con cambio de fase compuesto 40 se ubica entre el segundo intercambiador de calor 16 y la camara de mezclado y de redistribucion 26. De acuerdo con una tercera forma de realizacion, ilustrada en la figura 4, el elemento destinado a la refrigeracion del aire del vetnculo que incluye el material con cambio de fase compuesto 40 se ubica en el interior de los conductos de distribucion de aire 30A, 30B, 30C. Esto permite limitar el espacio necesario para el material con cambio de fase compuesto 40 dentro de la caja de climatizacion.
De acuerdo con una cuarta forma de realizacion, ilustrada mediante la figura 5, el elemento destinado a la refrigeracion del aire del vetnculo que incluye el material con cambio de fase compuesto 40 se integra en las portezuelas de obturacion 28. Esto permite limitar el espacio necesario para el material con cambio de fase compuesto 40 dentro de la caja de climatizacion 2 y limita las perturbaciones del flujo de aire.
El material con cambio de fase compuesto 40 puede configurar ventajosamente dichas portezuelas de obturacion 28 con una motivacion de facilidad de fabricacion y de econoirna.
De acuerdo con una quinta forma de realizacion, ilustrada mediante la figura 6, el elemento destinado a la refrigeracion del aire del vetnculo que incluye el material con cambio de fase compuesto 40 se integra en la propia pared de la caja de climatizacion 2. De igual manera, esto permite limitar el espacio necesario para el material con cambio de fase compuesto 40 dentro de la caja de climatizacion 2 y limita las perturbaciones del flujo de aire.
El material con cambio de fase compuesto 40, asimismo y ventajosamente, puede configurar la pared de la caja de climatizacion 2, siempre con una motivacion de facilidad de fabricacion y de econoirna.
De acuerdo con una sexta forma de realizacion, ilustrada mediante la figura 7, el elemento destinado a la refrigeracion del aire del vetnculo que incluye el material con cambio de fase compuesto 40 se ubica en correspondencia con el difusor de aire 32 dentro del habitaculo. Asf, el material con cambio de fase 40 puede configurar una rejilla de difusion 34 en la salida del difusor de aire 32 dentro del habitaculo, o tambien configurar portezuelas de orientacion y/o de cierre 36 del flujo de aire que llega al habitaculo.
De este modo, se aprecia claramente que, debido a la aplicacion de una capa de proteccion termoconductora, el material con cambio de fase compuesto se aventaja en durabilidad, ya que el material con cambio de fase que contiene permanece en su seno.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Elemento destinado a la refrigeracion del aire de un vefuculo automovil, que incluye un material con cambio de fase compuesto (40) constituido a partir de al menos un primer material que es un material con cambio de fase (42) y de un segundo material (44) cuya estructura configura una matriz de soporte de dicho material con cambio de fase (42), caracterizado por que dicho material con cambio de fase compuesto (40) esta recubierto con una capa de proteccion (46) termoconductora y por que el material con cambio de fase compuesto (40) incluye en su seno al menos un refuerzo de estructura ngida (48).
2. Elemento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la capa de proteccion (46) es una capa de fibras de carbono.
3. Elemento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la capa de proteccion (46) es un tratamiento superficial oleofobo e hidrofobo de nanopartfculas fubridas organicas/inorganicas.
4. Elemento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la capa de proteccion (46) es una pelfcula metalica de alta conductividad termica.
5. Elemento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la capa de proteccion (46) es una capa de evaporacion de polfmero termoconductor.
6. Elemento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el refuerzo de estructura ngida (48) es una armadura metalica.
7. Elemento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el refuerzo de estructura ngida (48) es una armadura plastica.
8. Dispositivo de aire acondicionado (1) para vehfculo automovil que incluye un lazo de aire acondicionado que comprende un primer intercambiador de calor (12) en contacto con el aire exterior y un segundo intercambiador de calor (16) ubicado dentro de una caja de climatizacion (2), caracterizado por comprender al menos un elemento destinado a la refrigeracion del aire segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, estando dicho elemento ubicado en correspondencia con el difusor de aire (32) dentro del habitaculo.
9. Dispositivo de aire acondicionado (1) segun la reivindicacion 8, caracterizado por que al menos un elemento destinado a la refrigeracion del aire configura una rejilla de difusion (34) en la salida del difusor de aire (32) dentro del habitaculo.
10. Dispositivo de aire acondicionado (1) segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado por que al menos un elemento destinado a la refrigeracion del aire configura portezuelas de orientacion y/o de cierre (36) del flujo de aire que llega al habitaculo.
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