ES2895485T3 - Dispositivo de adsorción, dispositivo de calentamiento, vehículo motor - Google Patents

Abstract

Dispositivo de adsorción (2,3) para un dispositivo térmico (1), en particular una bomba de calor o un acumulador de calor, de un vehículo de motor que tiene un motor de combustión interna, con una carcasa (6) , en la cual se ha dispuesto un medio de adsorción (13) para la adsorción y desorción de un medio de trabajo, y con al menos un tubo (12) a través del cual puede fluir un líquido, donde el tubo se extiende a través de la carcasa (6) y está en conexión térmica con el medio de adsorción (13), donde al menos un tubo de gases de escape (14) a través del cual los gases de escape pueden fluir desde el motor de combustión interna del vehículo del motor está asociado a la carcasa (6), que se caracteriza por que el dispositivo de adsorción (2,3) tiene un medio de transferencia térmica deformable (15), y por que al menos un tubo de escape (14) al menos en ciertas zonas descansa bidimensionalmente contra una cara exterior de la carcasa (6) con el medio de transferencia térmica deformable (15) interpuesto, y por que la carcasa está hecha de aluminio y al menos un tubo de gases de escape (14) es de acero inoxidable.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de adsorción, dispositivo de calentamiento, vehículo motor

La invención hace referencia a un dispositivo de adsorción para un aparato térmico, en particular una bomba de calor o un acumulador de calor, de un vehículo de motor que tiene un motor de combustión interna, con una carcasa en la cual se ha dispuesto un medio de adsorción para la adsorción y desorción de un medio de trabajo, y con al menos un tubo a través del cual puede fluir un líquido, donde el tubo se extiende a través de la carcasa y está en conexión térmica con el medio de adsorción.

Además, la invención se refiere a un dispositivo térmico, en particular una bomba de calor o un acumulador de calor, para un vehículo, con un evaporador, un condensador y al menos un dispositivo de adsorción.

Además, la invención se refiere a un vehículo con al menos un motor de combustión térmica y con al menos un dispositivo de calor, en particular una bomba de calor o un acumulador de calor.

Estado de la técnica

Los dispositivos de adsorción y los dispositivos térmicos del tipo mencionado al principio son conocidos en el estado de la técnica. El escrito de divulgación de la patente DE 102011 079581 A1 muestra por ejemplo un dispositivo de adsorción para una bomba de calor del tipo mencionado al principio. En una carcasa se han dispuesto un medio de adsorción y varios tubos conductores del medio de absorción y por los que circula un fluido, donde el medio de absorción se ha configurado como un cuerpo solido que sujeta el correspondiente tubo y se ha destinado para dicho tubo.

Del escrito de publicación de la patente DE 102011 079586 A1 se conoce además un dispositivo de adsorción, que se ha dotado de una estructura de soporte, para soportar una pared de carcasa de la carcasa, para contrarrestar la presión negativa presente en la carcasa o bien en el dispositivo de adsorción.

Del escrito de publicación de la patente americana US 2.287.172 A se conoce además un vehículo de motor con un dispositivo de adsorción con las características del concepto general de la reivindicación 1.

Publicación de la invención

El dispositivo de adsorción conforme a la invención con las características de la reivindicación 1 tiene la ventaja de que el dispositivo de adsorción se puede utilizar fácilmente para la climatización de vehículos, donde se puede introducir calor de forma fácil al dispositivo de adsorción para la desorción. Conforme a la invención se puede prever que a la carcasa se asigne al menos un tubo de escape, por el cual pueda fluir el gas de escape del motor de combustión interna del vehículo. El gas de escape sirve por tanto de excitador para la desorción del medio de trabajo del medio de absorción. Puesto que el gas de escape presenta en general una temperatura superior a la del medio térmico que pasa por los tubos para la desorción, se alcanza así una desorción preferible incluso cuando la transferencia térmica del gas de escape al medio de absorción sufre alguna pérdida. Para el aprovechamiento óptimo de la energía térmica que va a ser liberada por el gas de escape es una ventaja que el tubo de escape atraviese la carcasa, en particular cuando está conectado térmicamente al medio de absorción. Debido a la elevada temperatura del gas de escape no es excesivamente necesario que el gas de escape atraviese la carcasa.

Conforme a la invención se ha previsto que el tubo de escape al menos descanse parcialmente plano en un canto exterior de la carcasa. Puesto que el tubo de escape se dirige a lo largo de la cara exterior de la carcasa, la construcción se simplifica y con ello los costes de fabricación se reducen. Debido a la elevada temperatura del gas de escape el calor transferido al medio de absorción es suficiente para realizar la desorción. Mediante la disposición plana se garantiza una transferencia de calor muy eficiente.

Conforme a la invención se ha previsto que se fabrique la carcasa de aluminio y el tubo de escape de acero inoxidable. Por ello la carcasa presenta una capacidad conductora del calor especialmente buena y el tubo de escape es resistente a la corrosión. La carcasa y el tubo de escape se ajustan desde el punto de vista técnico de los materiales a sus correspondientes funciones. Debido a la elevada temperatura del gas de escape la escasa conductividad del acero inoxidable es suficiente para realizar la desorción.

Conforme a la invención además se ha previsto que el tubo de escape descanse en la carcasa por debajo de la conexión intermedia de un medio transmisor térmico deformable. El medio transmisor térmico deformable tiene la ventaja de que cuando, tal como se ha descrito antes, la carcasa y el tubo de escape sean fabricado de materiales distintos, presentan los correspondientes coeficientes de dilatación térmica asimismo diferentes. Mediante el medio transmisor deformable o bien flexible se garantiza que la carcasa y el tubo de escape pueden moldearse de forma diferente y con ello se realiza una transferencia térmica preferible para un gas de escape en el medio de absorción. Al mismo tiempo, se garantiza la robustez y estabilidad del dispositivo de absorción.

Preferiblemente el medio transmisor térmico es un líquido conductor del calor. En particular se puede prever que el líquido termoconductor sea un aceite. Puesto que se ha previsto que sea un transmisor térmico hidráulico, siempre se deberá adaptar a una deformación del tubo de escape y/o de la carcasa. Lo mas conveniente es que se haya previsto un acumulador de presión o sincronizador de presión en el cual el líquido termoconductor pueda escaparse, cuando por ejemplo la distancia entre el tubo de escape y la carcasa se reduzca.

Conforme a otra configuración de la invención se ha previsto preferiblemente de un modo alternativo o adicional que el transmisor térmico de calor sea un tejido de alambre, que se encuentre entre el tubo de gas de escape y la carcasa. El tejido o género de alambre se ha configurado de forma deformable y puede por eso rellenar de forma óptima el espacio intermedio entre el tubo de escape y la carcasa, para de ese modo adaptarse a las deformaciones del tubo de escape y de la carcasa.

Conforme a otro diseño preferido se ha previsto que se asignen dos tubos de escape a la carcasa, que respectivamente descansen planos sobre la cara exterior de la carcasa, de manera que la carcasa quede rodeada por su cara exterior al menos básicamente por los tubos de escape. Habiendo previsto dos tubos de escape se puede conseguir que la carcasa en su periferia exterior quede impactada total o casi totalmente por el calor del gas de escape, por lo que se garantice una desorción especialmente preferida. Alternativamente a la previsión de los dos tubos de escape o de más de dos tubos que abarquen la carcasa en su periferia exterior, se ha previsto preferiblemente que el tubo de escape tenga una sección transversal en forma de anillo y discurra coaxialmente a la carcasa. De ese modo es suficiente con un tubo de escape para impulsar la carcasa en su totalidad con la temperatura del gas de escape.

El dispositivo de calentamiento conforme a la invención con las características de la reivindicación 5 se caracteriza por el diseño conforme a la invención del dispositivo de adsorción. Para el dispositivo de calentamiento se dan las ventajas ya mencionadas. Preferiblemente se le asigna al menos un tubo de escape de gas, una válvula de mando para liberar o cerrar el tubo de gas de escape, de manera que mediante el accionamiento de la válvula pueda impulsarse el dispositivo de adsorción probablemente con el gas de escape o con la temperatura del gas de escape. Preferiblemente el dispositivo de calentamiento se ha configurado como bomba térmica o como acumulador térmico. El vehículo de motor conforme a la invención con las características de la reivindicación 6 tiene el dispositivo de calentamiento conforme a la invención, donde el tubo de escape del dispositivo de adsorción está conectado al motor de combustión térmica, de manera que a través del tubo de escape circula el gas de escape del motor de combustión interna. Se dan aquí las ventajas ya mencionadas. Otras características y ventajas de la invención se deducen de lo anteriormente descrito, así como de las reivindicaciones.

A continuación, se puede explicar la invención con ayuda de los dibujos o figuras siguientes:

Figura 1 un dispositivo de calentamiento para un vehículo de motor y

Figura 2 una representación en corte a través de un dispositivo de adsorción del dispositivo de calentamiento

La figura 1 muestra en una representación en corte simplificada un dispositivo de calentamiento convencional 1 para un vehículo de motor, que se ha diseñado como una máquina de enfriamiento de adsorción. Para ello presenta dos dispositivos de absorción 2,3, que tienen un diseño idéntico y se han dispuesto uno junto a otro. Además, el dispositivo de calentamiento 1 tiene un evaporador 4 así como un condensador 5 para evaporar o bien condensar un medio de trabajo del dispositivo de calentamiento 1. Entre el evaporador 4 y el condensador 5 se han dispuesto ambos dispositivos de adsorción 2,3 uno junto al otro. Cada dispositivo de adsorción 2,3 presenta una carcasa 6, que tiene una válvula 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 con respecto al condensador 5 y al evaporador 4, a través de la cual puede conectarse el correspondiente dispositivo de adsorción 2,3 con el evaporador 4 o el condensador 5.

El evaporador 4, el condensador 5 así como los dispositivos de adsorción 2,3 presentan una carcasa completa común 8, que se cierra hacia fuera, donde en un interior de la carcasa domina una presión negativa. El condensador 5 y el evaporador 8 están conectados por medio de una tubería de reflujo 9, a través de la cual el medio de trabajo condensado puede fluir desde el condensador hasta el evaporador. Por el evaporador pasa además una tubería de agua fría 10, y por el condensador 5 una tubería de agua refrigerante 11. Además, cada uno de los dispositivos de adsorción 2,3 tiene al menos un tubo 12, por el cual circular un fluido. El tubo discurre desde fuera de la carcasa 6 hacia el interior de la carcasa 6, a través de la carcasa 6 y desde la carcasa 6 hacia fuera. En la carcasa 6 se ha previsto respectivamente un medio de adsorción 13, que se ha diseñado para adsorber y desorber el medio de trabajo mencionado con anterioridad. Como medio de adsorción se emplea, por ejemplo, el gel de sílice y como medio de trabajo el agua. El proceso realizado a través del dispositivo de calentamiento 1 discurre de forma discontinua y cerrada, tal como se aclara a continuación.

En una primera etapa o paso el medio de trabajo añadido al medio de adsorción 13 es expulsado al dispositivo de adsorción 2 al añadir calor. Para ello se hace circular agua caliente por el tubo 12, el agua se deposita en el medio de adsorción 12 y el agua es desorbida o el medio de trabajo es desorbido.

El medio de trabajo desorbido asciende hacia arriba, abre entonces la válvula 7-1 y pasa al condensador, donde debido al medio refrigerante que circular por la tubería de agua refrigerante 11 se condensa y pasa al evaporador a través de las tuberías de reflujo 9. Preferiblemente, es rociado en el evaporador 4 y allí se evapora bajo una fuerte presión negativa. Por tanto, se extrae calor del agua fría que circula por la tubería de agua fría 10 y ésta es enfriada a la temperatura deseada. El vapor producido del medio de trabajo (vapor de agua) asciende por la válvula 7-3 a la carcasa 6 del dispositivo de adsorción 3 y allí es adsorbida por el medio de adsorción 13, el calor producido se depositará en el agua refrigerante, que será conducida en ese caso a través del tubo 12 del dispositivo de adsorción 3. A partir de aquí se empieza a desandar lo andado, de manera que ahora los dispositivos de adsorción 2,3 son intercambiados, de forma que inicialmente en el dispositivo de adsorción se realiza una desorción. Mediante un simple desvío de la circulación de agua caliente-refrigerante por el correspondiente tubo 12 de los dispositivos de adsorción 2,3 se intercambian las funciones de adsorber y desorber al final de un ciclo. En este sentido el dispositivo de calor 1 es accionado como bomba de calor. También puede ocurrir que el dispositivo de calentamiento actúe como un acumulador de calor, donde entonces el dispositivo de adsorción 2 es expulsado durante un trayecto y después se cierran las válvulas 7-1 y 7.2. Únicamente en un trayecto realizado en un momento posterior se aprovecha entonces el efecto de la bomba de calor y se “obtiene” el calor almacenado.

La figura 2 muestra una configuración preferida del dispositivo de calentamiento 1, donde en la figura 2 se visualiza un perfil o sección transversal del dispositivo de adsorción 2. Lo aclarado a continuación en lo que se refiere a la figura 2 sirve igualmente tanto para el dispositivo de adsorción 3que se ha diseñado del mismo modo que el dispositivo de adsorción 2.

La figura 2 demuestra que el tubo 2 discurre varias veces o bien discurre de forma sinuosa varias veces por la carcasa 6 y por tanto por el medio de adsorción 13,, de manera que está en contacto térmico con el medio de adsorción 13. La carcasa 6 y el tubo 12 se han fabricado a base de aluminio para conseguir elevados grados de acción térmica.

Conforme a la configuración preferida se ha previsto que se asignen a la carcasa 6 dos tubos de gas de escape 14. Los tubos de gas de escape 14 descansan respectivamente en la cara exterior de la carcasa 6 con el medio de transferencia térmica 15 interpuesto. Por tanto, los tubos de escape 14 se han configurado de tal modo que básicamente descansan planos sobre la carcasa 6 y la abarcan /rodean casi por completo. Por tanto, es imaginable que, a diferencia del ejemplo representado en cuestión, la carcasa 6 presente una forma de perfil distinta de una forma rectangular, por ejemplo, ovalada o circular. De acuerdo con ello los tubos de escape 14 se han configurado respecto a un soporte plano. En particular, se puede prever también que los tubos de escape 14 hayan sido configurados respecto a un tubo de gas de escape en forma de anillo, que esté dispuesto coaxialmente a la carcasa 6, y la rodee por completo. Los tubos de escape 14 han sido fabricados a base de acero inoxidable, para resistir las altas temperaturas del gas de escape y para ser resistentes a la corrosión.

En el caso del medio de transferencia térmica 15 se trata preferiblemente de un líquido termoconductor y/o de un género de alambre, que se han dispuesto en el espacio libre 14 entre el correspondiente tubo de gas de escape 14 y la carcasa 6. Debido a la capacidad de deformación del medio de transferencia térmica 15 se garantiza que incluso si se presentan distintas condiciones de dilatación térmica del tubo de escape 14 y de la carcasa 6 no aparecen tensiones en los elementos y se garantiza una transmisión térmica.

Los tubos de escape 14 están conectados a un motor de combustión interna del vehículo motor no representado, de manera que el gas de escape del motor de combustión interna es conducido por los tubos de gas de escape. La elevada temperatura del gas atraviesa la pared de los tubos de escape 4, el medio de transferencia térmica 15 y la pared de la carcasa 6 penetrando en el medio de absorción, por lo que el medio de trabajo adsorbido es desorbido, tal como se ha descrito antes. Debido a las elevadas temperaturas del gas de escape se puede conseguir una potencia/acción de desorción preferible en comparación a las bombas convencionales de calor, que garantice una desorción rápida y completa del medio de trabajo adsorbido.

En la primera fase, en la cual tiene lugar la desorción, el gas de escape es conducido por tanto por los tubos de gas de escape 14, para realizar la desorción. Se puede prescindir del paso del agua caliente por el tubo 12. En primer lugar, en la fase de adsorción el agua fría es conducida por el tubo 12 y queda interrumpida preferiblemente la corriente de gas en los tubos de gas de escape 14. Para ello se ha previsto de forma conveniente una unidad de mando, que controle o regule la corriente del gas de escape, así como la corriente de agua refrigerante o bien la corriente de calor. Dado que los tubos de escape 14 están dispuestos en la cara exterior de la carcasa 6 y por tanto no están en contacto directo con el medio de adsorción 13, es posible la construcción de los tubos de gas de escape 12 sea de un material que sea diferente al material de la carcasa 6. La región de presión negativa de los dispositivos de adsorción 2,3 está únicamente en contacto material con los materiales de la estructura del medio de adsorción. El medio de transferencia de calor 15 deformable o bien flexible compensa por tanto los coeficientes de dilatación del calor mecánicos diferentes de los materiales empleados del tubo de escape 14 y de la carcasa 6.

El dispositivo de adsorción tiene tales dimensiones que en un medio de adsorción 13 el calor de adsorción liberado de forma óptima por el fluido, que circula por el tubo 12, puede ser evacuado. La distancia y el número de tubos 12 se elegirán de manera que se pueda conseguir una elevada potencia de enfriamiento del tubo para diferencias de temperatura mínimas simultáneas en el dispositivo de adsorción 2,3. Debido a la elevada temperatura del gas de escape se puede dimensionar comparativamente poco la conexión térmica entre el tubo de escape 14 y el medio de sorción 13, por lo que se obtienen ventajas en el coste de materiales y en la configuración. Preferiblemente, se ha previsto una distancia media grande entre los tubos de gas de escape 14 por la que el número de tubos de gas de escape 14 que mecánicamente entran en contacto se pueda mantener bajo en la carcasa 6.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de adsorción (2,3) para un dispositivo térmico (1), en particular una bomba de calor o un acumulador de calor, de un vehículo de motor que tiene un motor de combustión interna, con una carcasa (6), en la cual se ha dispuesto un medio de adsorción (13) para la adsorción y desorción de un medio de trabajo, y con al menos un tubo (12) a través del cual puede fluir un líquido, donde el tubo se extiende a través de la carcasa (6) y está en conexión térmica con el medio de adsorción (13), donde al menos un tubo de gases de escape (14) a través del cual los gases de escape pueden fluir desde el motor de combustión interna del vehículo del motor está asociado a la carcasa (6), que se caracteriza por que el dispositivo de adsorción (2,3) tiene un medio de transferencia térmica deformable (15), y por que al menos un tubo de escape (14) al menos en ciertas zonas descansa bidimensionalmente contra una cara exterior de la carcasa (6) con el medio de transferencia térmica deformable (15) interpuesto, y por que la carcasa está hecha de aluminio y al menos un tubo de gases de escape (14) es de acero inoxidable.

2. Dispositivo de adsorción conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que el medio de transferencia térmica (15) es un líquido termoconductor.

3. Dispositivo de adsorción conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que el medio de transferencia térmica (15) es un género de punto de alambre.

4. Dispositivo de adsorción conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que dos tubos de escape (14) están asociados a la carcasa (6), que respectivamente al menos en ciertas zonas descansa bidimensionalmente contra la cara exterior de la carcasa (6) de manera que la carcasa (6) está rodeada al menos básicamente de los tubos de escape (14) por su cara exterior.

5. Dispositivo térmico (1), en particular una bomba térmica o un acumulador térmico, para un vehículo de motor, con un evaporador (4), un condensador (5) y al menos un dispositivo de adsorción (2,3) , que se caracteriza por que el dispositivo de adsorción (2,3) se ha configurado de acuerdo con alguna o más de las reivindicaciones anteriores.

6. Vehículo de motor con al menos un motor de combustión interna y con al menos un dispositivo térmico conforme a la reivindicación 5, donde al menos un tubo de escape (14) está conectado al motor de combustión interna.