ES2886481T3 - Circuito de refrigeración para un vehículo automóvil - Google Patents
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Abstract
Circuito de refrigeración (1) para un vehículo automóvil que comprende un primer bucle de refrigeración (I) diseñado para asegurar la termorregulación de un primer órgano y por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III) diseñado para asegurar la termorregulación de un segundo órgano, comprendiendo el circuito de refrigeración (1) una única caja de desgasificación (6) unida fluídicamente al primer bucle y a dicho por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III) y una válvula de aislamiento (70, 700) interpuesta entre la caja de desgasificación (6) y dicho por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III) sobre un ramal de retorno que asegura el retorno del fluido de refrigeración aguas abajo de la caja de desgasificación (6), caracterizado por que dicha válvula de aislamiento (70, 700) está diseñada para obturar selectivamente el flujo entre la caja de desgasificación (6) y dicho por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III), comprendiendo la válvula de aislamiento (70, 700) por lo menos un elemento bimetálico termosensible diseñado para actuar sobre un obturador para hacer que la válvula de aislamiento (70, 700) pase de una posición pasante a una posición no pasante cuando el fluido de refrigeración que atraviesa la válvula de aislamiento alcanza una temperatura de activación.
Description
DESCRIPCIÓN
Circuito de refrigeración para un vehículo automóvil
La presente invención se refiere a un dispositivo de refrigeración y a un procedimiento de refrigeración para vehículos automóviles.
Las nuevas tecnologías utilizadas para reducir el consumo y los residuos contaminantes de los vehículos automóviles necesitan con frecuencia múltiples circuitos o bucles de regulación de temperatura.
Por bucle de regulación térmica, se entiende un circuito en el que circula un fluido caloportador que regula la temperatura de un órgano mecánico evacuando la energía térmica producida durante el funcionamiento de este elemento.
En un vehículo de tipo híbrido, por ejemplo, se pueden encontrar por lo tanto dos, tres o cuatro bucles de regulación que están dedicados, cada uno, a la refrigeración de un órgano particular que presenta una exigencia propia en cuanto a la gestión térmica.
A título de ejemplo, un vehículo de este tipo puede presentar:
- un bucle de regulación a alta temperatura para la regulación de la temperatura del motor térmico, - un bucle de regulación a baja temperatura para la regulación de la temperatura de los órganos electrónicos de potencia de la cadena de propulsión eléctrica,
- un bucle de regulación a muy baja temperatura para la regulación de la temperatura de la batería de propulsión.
Por razones de compacidad y de limitación de costes, algunos equipos, tales como la caja de desgasificación, pueden ser comunes a varios bucles de regulación.
La desgasificación es una función importante durante la cual se purgan las burbujas de aire o de gas que están presentes en el líquido de refrigeración.
La desgasificación es una función importante ya que la presencia de burbujas de aire en el líquido de refrigeración tiene un efecto perjudicial sobre la calidad de la refrigeración, y por lo tanto no permite el funcionamiento del motor en condiciones óptimas, lo cual puede provocar unas condiciones térmicas no controladas con consecuencias en términos de fiabilidad o de durabilidad de los órganos y de perjuicio para el medio ambiente.
En la práctica, se debe constatar que la puesta en común de una caja de desgasificación en varios bucles de refrigeración no está exenta de problemas.
En efecto, la utilización de una única caja de desgasificación para varios bucles de refrigeración que están a temperaturas diferentes, 90/110°C para un bucle a alta temperatura, y 60°C y 30°C para bucles a baja o muy baja temperatura, tiene como consecuencia directa perturbar la regulación de temperatura que se efectúa en los bucles de regulación a baja temperatura. En realidad, el bucle de regulación a alta temperatura va a realizar un aporte continuo de un líquido a alta temperatura en el o los bucle(s) de temperaturas más bajas.
Por otro lado, en funcionamiento a sus temperaturas nominales respectivas, el bucle de regulación a alta temperatura tiene una necesidad constante de desgasificación ya que el líquido de refrigeración que está en contacto con unos puntos calientes del motor -refrigeración de la culata- se puede evaporarse puntualmente y, por lo tanto, generar unas burbujas de gas, mientras que los bucles de regulación a baja o muy baja temperatura tienen una necesidad de desgasificación cuando tiene lugar su puesta en marcha, pero no generan burbujas de gas durante su funcionamiento. En otras palabras, una vez realizado el aumento de temperatura hasta la temperatura de funcionamiento nominal, una caja de desgasificación común a un bucle de refrigeración a alta temperatura y a uno o varios bucles de refrigeración a temperatura más baja resulta tener un efecto perjudicial sobre el funcionamiento de refrigeración a temperatura más baja.
Ciertamente, se conocen, por ejemplo a partir del documento FR 2949509 - A1 unos dispositivos de cierre de bucle de desgasificación que, no obstante, no están adaptados para la gestión de múltiples bucles de refrigeración y para su problemática de desgasificación.
El documento WO2007/031670 A1 divulga, por su parte, las características del preámbulo de la reivindicación 1. En este contexto técnico, un objetivo de la invención es proponer un circuito de refrigeración de varios bucles de refrigeración que comparten la caja de desgasificación sin comprometer el funcionamiento de cada bucle de
refrigeración.
Con este fin, la invención se refiere a un circuito de refrigeración para un vehículo automóvil según la reivindicación 1.
La válvula de aislamiento puede estar integrada en una caja termostática que regula la temperatura del por lo menos un segundo bucle de refrigeración.
Según una posible realización, la caja termostática comprende una derivación en comunicación con la caja de desgasificación.
La caja termostática puede comprender una cavidad en la están dispuestos uno o varios elementos bimetálicos cuya activación hace pasar un obturador tal como una bola de una posición en la que el obturador deja pasar el fluido de refrigeración a una posición en la que el obturador bloquea el paso del fluido de refrigeración.
La temperatura de activación de la válvula de aislamiento puede ser igual o superior a la temperatura de funcionamiento nominal del por lo menos un segundo bucle de refrigeración.
Según una posible realización, el circuito de refrigeración comprende un primer bucle de refrigeración a alta temperatura, un segundo bucle de refrigeración a baja temperatura y un tercer bucle de refrigeración a muy baja temperatura.
Cada bucle de refrigeración puede comprender por lo menos un elemento del grupo que comprende un intercambiador, un radiador, una bomba, una caja termostática.
Para su buena comprensión, la invención se describe en referencia a las figuras adjuntas, en las que:
- la figura 1 muestra de manera esquemática una forma de realización de un circuito de refrigeración según la invención,
- las figuras 2 y 3 muestran esquemáticamente el principio de una válvula de aislamiento,
- la figura 4 muestra una forma de realización de una caja termostática según la invención.
La invención propone un circuito de refrigeración 1 para un vehículo que comprende varios bucles de refrigeración. En el ejemplo representado en el dibujo, el circuito de refrigeración 1 comprende tres bucles de refrigeración, a saber: un bucle de refrigeración a alta temperatura I, un bucle de refrigeración a baja temperatura II, y un bucle de refrigeración a muy baja temperatura III.
El bucle de refrigeración a alta temperatura I comprende un intercambiador a alta temperatura 2 constituido por el motor térmico del vehículo, un radiador a alta temperatura 3. Una bomba 4 asegura la circulación de un fluido de refrigeración de tipo glicol. Se observa asimismo la presencia de una caja de regulación termostática 5 que permite pilotar el circuito del fluido de refrigeración en función de la temperatura.
Está prevista una derivación en la caja termostática 5 para realizar una conexión con una caja de desgasificación 6.
El bucle de refrigeración a baja temperatura II comprende un intercambiador a baja temperatura 20 con, por ejemplo, unos órganos de electrónica de potencia (ondulador, cargador, etc.) de la cadena de propulsión eléctrica, un radiador a baja temperatura 30. Una bomba 40 asegura la circulación del fluido de refrigeración. El bucle de refrigeración a baja temperatura II está provisto asimismo de una caja de regulación termostática 50 que permite pilotar el circuito de fluido de refrigeración en función de la temperatura.
Está prevista una derivación en la caja termostática 50 para realizar una conexión con la caja de desgasificación 6.
Se observa la presencia de una válvula de aislamiento 70 pilotada en temperatura sobre el ramal de retorno que asegura el retorno del fluido de refrigeración aguas abajo de la caja de desgasificación 6. La función de esta válvula de aislamiento 70 se describirá con mayor detalle más adelante.
El bucle de refrigeración a muy baja temperatura III comprende un intercambiador a muy baja temperatura 200 con, por ejemplo, la batería de la cadena de propulsión eléctrica y un radiador a muy baja temperatura. Una bomba 400 asegura la circulación del fluido de refrigeración. El bucle de refrigeración a muy baja temperatura III está provisto asimismo de una caja de regulación termostática 500 que permite pilotar el circuito de fluido de refrigeración en función de la temperatura.
Está prevista una derivación en la caja termostática a muy baja temperatura 500 para realizar una conexión con la caja de desgasificación 6.
Se observa la presencia de una válvula de aislamiento 700 sobre el ramal de retorno que asegura el retorno del fluido de refrigeración aguas abajo de la caja de desgasificación 6. La función de esta válvula de aislamiento se describirá con mayor detalle más adelante.
Se puede observar por lo tanto que el dispositivo de refrigeración que comprende tres bucles de refrigeración posee una única caja de desgasificación 6 que es por lo tanto común a los tres bucles de desgasificación.
El funcionamiento del dispositivo de refrigeración es el siguiente.
Cuando tiene lugar la puesta en funcionamiento del vehículo, los tres bucles de refrigeración I, II, III entran en acción para regular la temperatura de cada uno de los órganos que les están asignados.
Cada uno de los tres bucles de refrigeración I, II, III presenta una necesidad de desgasificación que se satisface por la unión de cada uno de los bucles de refrigeración a la caja de desgasificación 6.
Durante el aumento de temperatura hacia sus temperaturas respectivas de funcionamiento nominal, típicamente de 90°C-110°C para el bucle a alta temperatura I, 55°C-65°C para el bucle de fluido de refrigeración a baja temperatura II, y 30°C-40°C para el bucle de temperatura a muy baja temperatura III, el fluido de refrigeración de cada uno de los bucles de refrigeración a alta temperatura, baja temperatura y muy baja temperatura se purga de sus burbujas de gas, lo cual contribuye a un funcionamiento óptimo del vehículo.
Cuando las temperaturas del fluido de refrigeración del bucle a baja temperatura II y del bucle a muy baja temperatura III alcanzan sus valores nominales de funcionamiento, las válvulas de aislamiento 70 y 700 pilotadas en temperatura se ponen en posición de cierre ya que la temperatura de activación de la válvula de aislamiento 70 del bucle a baja temperatura II corresponde a la temperatura nominal de funcionamiento de este bucle, y la temperatura de activación de la válvula de aislamiento 700 del bucle a muy baja temperatura III corresponde a la temperatura nominal de funcionamiento de este bucle.
Así, la caja de desgasificación 6, que es única y que es común a los tres bucles de refrigeración I, II, III se encuentra aislada del bucle a baja temperatura II y del bucle a muy baja temperatura III. En esta configuración, la caja de desgasificación está, por lo tanto, únicamente en conexión con el bucle de refrigeración a alta temperatura I. El aislamiento del bucle a muy baja temperatura III con respecto a la caja de desgasificación 6 se lleva a cabo generalmente antes del aislamiento del bucle a baja temperatura II con respecto a la caja de desgasificación 6, ya que el fluido de refrigeración en el bucle a muy baja temperatura III alcanza su temperatura de funcionamiento nominal antes de que el fluido de refrigeración en el bucle a baja temperatura II alcance su temperatura de funcionamiento nominal.
En funcionamiento nominal, los bucles de refrigeración a baja temperatura II y a muy baja temperatura III no generan ninguna burbuja de gas en su fluido de refrigeración ya que, contrariamente al bucle de refrigeración a alta temperatura I, no se produce ninguna puesta en ebullición del líquido de refrigeración.
En una forma de realización (no representada), el pilotaje de las válvulas de aislamiento se puede realizar mediante unas electroválvulas pilotadas por unas sondas de temperatura.
En otra forma de realización que es menos costosa que la anterior, el pilotaje de las válvulas de aislamiento se puede realizar de manera mecánica mediante un elemento sensible a la temperatura (cápsula de cera, material con memoria de forma o bimetálico).
En la práctica, la válvula de aislamiento 70, 700 puede estar incorporada a la caja termostática 50, 500, como se muestra en la figura 4.
La caja termostática presenta, de manera convencional, una entrada y una salida para la circulación del fluido a regular.
Además, y de manera propia de la invención, la caja termostática 50, 500 está entonces equipada con una salida y con un retorno 51 desde la caja de desgasificación 6.
El control del flujo en retorno desde la caja de agua se realiza mediante un obturador tal como una chapaleta o una bola 52 que se apoya sobre uno o varios elementos bimetálicos 53, como se puede ver en la figura 2. La bola 52 es mantenida eventualmente contra el o los elementos bimetálicos 53 por un resorte. El apilamiento de elementos bimetálicos 53 y eventualmente el resorte están calibrados para una activación a una temperatura de activación que corresponde a la temperatura nominal del bucle de refrigeración en cuestión. La chapaleta, los
elementos bimetálicos y el eventual resorte de retorno están alojados en una cavidad dispuesta en la caja termostática.
En otras palabras, la válvula de aislamiento 50, 500 es pasante cuando la temperatura es menor que la temperatura de funcionamiento nominal del líquido de refrigeración y se vuelve no pasante cuando la temperatura del líquido de refrigeración alcanza un valor de activación que corresponde a una temperatura determinada según la temperatura de funcionamiento nominal del bucle de refrigeración a baja temperatura II o del bucle a muy baja temperatura III.
En fase de aumento de temperatura, como lo muestra la figura 2, la válvula de aislamiento deja pasar el fluido de refrigeración en retorno desde la caja de desgasificación 6, que se une al fluido de refrigeración del bucle a baja II o muy baja temperatura III.
En efecto, durante esta fase, el fluido de refrigeración del bucle de refrigeración a baja temperatura II y/o del bucle de refrigeración a muy baja temperatura III puede estar cargado de burbujas de gas de las que conviene librarse para un funcionamiento óptimo de los diferentes órganos del vehículo.
Teniendo en cuenta las liberaciones de energía térmica por los diferentes órganos, por ejemplo ondulador, batería, etc., la temperatura del líquido de refrigeración ha alcanzado su temperatura nominal tras un tiempo de funcionamiento variable.
La figura 3 muestra así la válvula de aislamiento 50 en una configuración en la que la válvula bloquea el retorno de la caja de desgasificación 6.
Habiendo alcanzado el líquido de refrigeración una temperatura de funcionamiento nominal, la bola 52 es empujada contra su asiento 54 bajo la acción de los elementos bimetálicos, y bloquea el flujo procedente de la caja de desgasificación 6. Se utiliza así el fluido de refrigeración como piloto de la válvula de aislamiento.
El rearme de la válvula se realiza cuando tiene lugar el descenso de la temperatura del líquido de refrigeración.
Otra ventaja del elemento bimetálico surge de la histéresis de estos elementos. En efecto, la histéresis de los elementos bimetálicos es, según las condiciones de montaje y de pre-carga, de aproximadamente 20°C. Si la diferencia entre las temperaturas nominales de activación y la temperatura de regulación del fluido de refrigeración frío es inferior a 20°C, se puede utilizar la temperatura del fluido de refrigeración frío como condición de rearme.
Esto puede resultar ventajoso en el caso de dispositivos que funcionan a baja temperatura (por ejemplo, inferior a 40°C) cuyo funcionamiento puede ser perturbado por la temperatura ambiente que puede ser más elevada. En efecto, si los elementos bimetálicos ya no son irrigados por el fluido "piloto", un aumento de la temperatura ambiente puede impedir el rearme de la chapaleta. Este puede ser el caso, por ejemplo, si el vehículo está estacionado en verano al sol. Por otro lado, la temperatura bajo el capó sube habitualmente hasta 80°C en uso habitual, en este caso la desgasificación no tendrá lugar en un arranque en caliente, incluso si el bucle a baja temperatura está por debajo de su temperatura de regulación.
Según la arquitectura del vehículo, la válvula de aislamiento a baja o muy baja temperatura puede estar integrada en la caja termostática, o puede ser un elemento independiente que está colocado sobre el bucle de refrigeración.
Evidentemente, la invención no está limitada a las formas de realización descritas anteriormente a título de ejemplo no limitativos, sino que abarca todas sus variantes de realización cubiertas por las reivindicaciones. Así, la activación de la válvula de aislamiento se podría realizar mediante un elemento de cera termosensible o de aleación con memoria de forma.
Claims (7)
1. Circuito de refrigeración (1) para un vehículo automóvil que comprende un primer bucle de refrigeración (I) diseñado para asegurar la termorregulación de un primer órgano y por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III) diseñado para asegurar la termorregulación de un segundo órgano, comprendiendo el circuito de refrigeración (1 ) una única caja de desgasificación (6) unida fluídicamente al primer bucle y a dicho por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III) y una válvula de aislamiento (70, 700) interpuesta entre la caja de desgasificación (6) y dicho por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III) sobre un ramal de retorno que asegura el retorno del fluido de refrigeración aguas abajo de la caja de desgasificación (6), caracterizado por que dicha válvula de aislamiento (70, 700) está diseñada para obturar selectivamente el flujo entre la caja de desgasificación (6) y dicho por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III), comprendiendo la válvula de aislamiento (70, 700) por lo menos un elemento bimetálico termosensible diseñado para actuar sobre un obturador para hacer que la válvula de aislamiento (70, 700) pase de una posición pasante a una posición no pasante cuando el fluido de refrigeración que atraviesa la válvula de aislamiento alcanza una temperatura de activación.
2. Circuito de refrigeración (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que la válvula de aislamiento (70, 700) está integrada en una caja termostática (50, 500) que regula la temperatura del por lo menos un segundo bucle de refrigeración (II, III).
3. Circuito de refrigeración (1) según la reivindicación 2, caracterizado por que la caja termostática comprende una derivación (51) en comunicación con la caja de desgasificación (6).
4. Circuito de refrigeración (1) según la reivindicación 3, caracterizado por que la caja termostática (50) comprende una cavidad en la que están dispuestos uno o varios elementos bimetálicos (53) cuya activación hace que un obturador tal como una bola (52) pase de una posición en la que el obturador deja pasar el fluido de refrigeración a una posición en la que el obturador bloquea el paso del fluido de refrigeración.
5. Circuito de refrigeración (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en combinación con la reivindicación 2, caracterizado por que la temperatura de activación de la válvula de aislamiento (70, 700) es igual o superior a la temperatura de funcionamiento nominal del por lo menos un segundo bucle de refrigeración.
6. Circuito de refrigeración (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el circuito de refrigeración (1) comprende un primer bucle de refrigeración a alta temperatura (I), un segundo bucle de refrigeración a baja temperatura (II) y un tercer bucle de refrigeración a muy baja temperatura (III).
7. Circuito de refrigeración (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que cada bucle de refrigeración (I, II, III) comprende por lo menos un elemento del grupo que comprende un intercambiador (2, 20, 200), un radiador (3, 30, 300), una bomba (4, 40, 400), una caja termostática (5, 50, 500).
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