ES2908125T3 - Calentador eléctrico que comprende cuatro regiones de calentamiento independientes - Google Patents

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Ilario Grosso
Luca Bergamo
Annunziata Bruna Lorusso
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Abstract

Calentador eléctrico de coeficiente de temperatura positivo para un vehículo, que comprende una parte de soporte (101) y circuitos de control (102) alojados dentro de la parte de soporte (101), y capas radiante primera y segunda (110, 120) superpuestas entre sí y configuradas para ser atravesadas por un flujo de aire, comprendiendo cada capa radiante (110, 120) una pluralidad de varillas de calentamiento (115, 115'); 125, 125'), que se extienden desde la parte de soporte (101) y están conectadas en paralelo a los circuitos de control (102), teniendo cada una de dichas varillas de calentamiento una primera sección (115a, 115a'; 125a, 125a') adyacente a la parte de soporte y una segunda sección (115b, 115b'; 125b, 125b') alejada de la parte de soporte (101), en el que cada capa radiante (110, 120) comprende un primer sector de capa (A1, C1); A2, C2) y un segundo sector de capa (B1, D1; B2, D2) que pueden controlarse de manera independiente uno con respecto a otro a través de los circuitos de control (102) y en el que las capas radiantes (110, 120) están conectadas en paralelo a los circuitos de control (102) y pueden controlarse de manera independiente una con respecto a otra a través de los circuitos de control (102), estando el calentador caracterizado porque las varillas de calentamiento (115, 115'; 125, 125') están configuradas de tal manera que, en la primera capa radiante (110), la segunda sección (115b, 115b') de las varillas de calentamiento respectivas (115, 115') es capaz de generar una mayor potencia térmica que la primera sección (115a, 115a') de las varillas de calentamiento respectivas (115, 115'), y, en la segunda capa radiante (120), la primera sección (125a, 125a') de las varillas de calentamiento respectivas (125, 125') es capaz de generar una mayor potencia térmica que la segunda sección (125b, 125b') de las varillas de calentamiento respectivas (125, 125').

Description

DESCRIPCIÓN
Calentador eléctrico que comprende cuatro regiones de calentamiento independientes
La presente invención se refiere en general a dispositivos de calentamiento usados en unidades de acondicionamiento de aire en vehículos de motor.
El documento EP1626231A1 da a conocer un calentador según el preámbulo de la reivindicación 1.
En vehículos eléctricos, se conoce el uso de calentadores eléctricos, en particular, calentadores que usan resistencias de coeficiente de temperatura positivo (PTC). Las unidades de acondicionamiento de aire para vehículos eléctricos generalmente no presentan masa de calentamiento y pueden carecer de puertas de mezclado.
Las soluciones técnicas conocidas hasta la fecha hacen posible proporcionar unidades de acondicionamiento de aire de una única zona, o como máximo unidades de acondicionamiento de aire de doble zona, con la aplicación de un único calentador eléctrico de alta tensión.
La figura 1 muestra un calentador de PTC de alta tensión según la técnica anterior, que se indica en su conjunto mediante 1.
El calentador 1 comprende una parte de soporte 11 diseñada para hacer posible el montaje del calentador 1 en una unidad de acondicionamiento de aire (no se muestra) de manera que el calentador 1 esté dispuesto dentro de un conducto para distribuir aire con el fin de interceptar un flujo de aire que va a calentarse. El calentador 1 también comprende circuitos de control 12 que están alojados en la parte de soporte 11 y se muestran esquemáticamente mediante un rectángulo en la figura 1.
El calentador 1 también comprende una pluralidad de varillas de calentamiento, indicadas mediante 15 y 15'. Las varillas de calentamiento 15, 15' se extienden desde la parte de soporte 11 y están conectadas en paralelo con los circuitos de control 12. Cada varilla de calentamiento 15, 15' comprende una cadena de termistores o elementos de coeficiente de temperatura positivo (PTC) conectados en paralelo (no se muestran). Los elementos de PTC se distribuyen dentro de la única varilla de calentamiento 15, 15' de manera que la potencia térmica generada es sustancialmente uniforme a lo largo de la longitud de la varilla de calentamiento 15, 15'.
Una subunidad formada por las varillas de calentamiento indicadas mediante 15 identifica un primer sector de la región activa del calentador, que se indica mediante A en la figura 1. Otra subunidad formada por las varillas de calentamiento e indicada mediante 15' identifica un segundo sector de la región activa del calentador, que se indica mediante B en la figura 1. El primer sector A y el segundo sector B pueden controlarse de manera independiente uno con respecto a otro por medio de los circuitos de control 12. También pueden proporcionarse más de dos sectores que pueden controlarse de manera independiente uno con respecto a otro en el calentador. El calentador conocido mostrado en la figura 1 hace posible proporcionar una unidad de acondicionamiento de aire de doble zona si se inserta en un conducto para distribuir aire que hace posible separar un flujo de aire que sale del calentador para dar dos flujos parciales.
Una unidad de acondicionamiento de aire que tiene más de dos zonas podría formarse disponiendo adecuadamente dos calentadores independientes del tipo descrito anteriormente en la unidad. Sin embargo, esta solución no es aceptable, ya que duplica el número de componentes y, por consiguiente, aumenta las dimensiones, los costes y la complejidad de la instalación y disminuye la capacidad de servicio.
Un objeto de la presente invención es proporcionar una solución que haga posible proporcionar una unidad de acondicionamiento de aire que tenga más de dos zonas, por ejemplo, una unidad de tres zonas o de cuatro zonas, sin tener que recurrir al uso de dos calentadores de doble zona independientes.
En vista de este objeto, la invención se refiere a un calentador eléctrico de coeficiente de temperatura positivo para un vehículo, que comprende
una parte de soporte y circuitos de control alojados en la parte de soporte,
capas radiantes primera y segunda superpuestas entre sí y configuradas para ser atravesadas por un flujo de aire, comprendiendo cada capa radiante una pluralidad de varillas de calentamiento que se extienden desde la parte de soporte y se conectan en paralelo con los circuitos de control, teniendo cada una de dichas varillas de calentamiento una primera sección que es adyacente a la parte de soporte y una segunda sección alejada de la parte de soporte,
en el que cada capa radiante comprende un primer sector de capa y un segundo sector de capa que pueden controlarse de manera independiente uno con respecto a otro a través de los circuitos de control, en el que las capas radiantes están conectadas en paralelo con los circuitos de control y pueden controlarse de manera independiente una con respecto a otra a través de los circuitos de control, y
en el que las varillas de calentamiento están configuradas de tal manera que, en la primera capa radiante, la segunda sección de las varillas de calentamiento respectivas es capaz de generar una mayor potencia térmica que la primera sección de las varillas de calentamiento respectivas, y, en la segunda capa radiante, la primera sección de las varillas de calentamiento respectivas es capaz de generar una mayor potencia térmica que la segunda sección de las varillas de calentamiento respectivas.
Según la presente invención, dos cuerpos radiantes están integrados, por tanto, en un único componente y se controlan en paralelo mediante una única unidad electrónica y cada uno de los cuales comprende dos zonas de calentamiento independientes. Las varillas de calentamiento también están diseñadas de manera que la energía térmica generada en una sección y en la otra sección de las varillas de calentamiento está desequilibrada, un desequilibrio que se invierte entre los dos cuerpos o capas radiantes. Por tanto, mediante un control adecuado de cada capa radiante y cada sector de capa radiante, pueden producirse diferentes potencias térmicas en cuatro áreas independientes, combinando, por tanto, el efecto de las dos capas radiantes.
El hecho de que el calentador según la invención esté formado como un único componente permite varias ventajas con respecto a la solución alternativa descrita anteriormente, en la que se usan dos calentadores convencionales independientes; de hecho, son más fáciles de instalar, tienen dimensiones más pequeñas, costes más bajos y una mejor capacidad de servicio.
Las características y ventajas adicionales del calentador según la invención resultarán más evidentes por medio de la siguiente descripción detallada de una realización de la invención, realizada con referencia a los dibujos adjuntos, que se proporcionan únicamente a modo de ejemplo no limitativo, en los que:
La figura 1 es una vista frontal de un calentador de PTC de doble zona según la técnica anterior.
la figura 2 es una vista en despiece ordenado de un calentador según la presente invención;
la figura 3 es una vista en planta del calentador de la figura 2; y
la figura 4 es una vista frontal del calentador de la figura 2, en la que las dos capas radiantes del calentador se muestran de manera independiente una con respecto a otra.
Las figuras 2-4 muestran un calentador de PTC de alta tensión según la invención, que se indica en su conjunto mediante 100.
El calentador 100 comprende una parte de soporte 101 diseñada para permitir que el calentador 100 esté montado en una unidad de acondicionamiento de aire (no se muestra) de manera que el calentador 100 esté dispuesto dentro de un conducto para distribuir aire con el fin de interceptar un flujo de aire que va a calentarse. El calentador 100 también comprende circuitos de control 102 alojados en la parte de soporte 101 y mostrados esquemáticamente mediante un rectángulo en la figura 2.
El calentador 100 también comprende cuerpos o capas radiantes primero y segundo 110 y 120 que se superponen y están diseñados de manera que un flujo de aire fluye a través de los mismos, que se dirige sustancialmente de manera ortogonal a los mismos y cuya dirección se muestra generalmente mediante la flecha F en las figuras 2 y 3. Por tanto, las dos capas radiantes 110 y 120 están dispuestas una aguas abajo de la otra con respecto a la dirección del flujo de aire. Por motivos de conveniencia, en lo sucesivo, la capa aguas arriba más alejada se denominará “primera capa” y la capa aguas abajo más alejada como se denominará “segunda capa”. Sin embargo, estos términos no pretenden ser limitativos, la capa aguas abajo más alejada puede denominarse, en su lugar, “primera capa” y la capa aguas arriba más alejada denominarse “segunda capa”. Cada capa radiante 110, 120 comprende una pluralidad de varillas de calentamiento, que se indican mediante 115 y 115' en relación con la primera capa radiante 110, y mediante 125 y 125' en relación con la segunda capa radiante 120. Las varillas de calentamiento 115, 115', 125, 125' se extienden desde la parte de soporte 101 y están conectadas en paralelo con los circuitos de control 102. Cada varilla de calentamiento 115, 115', 125, 125' comprende una cadena de termistores o elementos de PTC conectados en paralelo (no se muestran). Los elementos de PTC están dispuestos dentro de cada varilla de calentamiento 115, 115', 125, 125' de manera que la potencia térmica está desequilibrada entre una sección que es adyacente a la parte de soporte 101, a la que se hará referencia como la primera sección a continuación y que se indica mediante los signos de referencia 115a, 115a', 125a, 125a' en la figura 2 y una sección que se encuentra alejada de la parte de soporte 101, a la que se hará referencia como la segunda sección a continuación y que se indica mediante los signos de referencia 115b, 115b', 125b, 125b' en la figura 2. El desequilibrio de potencia térmica puede obtenerse mediante el diseño de las dos secciones de cada varilla de calentamiento de forma diferente de maneras conocidas per se por un experto en la técnica. Por ejemplo, el número de termistores por unidad de longitud puede ser diferente entre la primera sección y la segunda sección. O bien, las características eléctricas de los termistores de la primera sección pueden ser diferentes de las de los termistores de la segunda sección.
Una subunidad formada por las varillas de calentamiento de la primera capa radiante 110, que se indican mediante 115, identifica un primer sector de la región activa de la primera capa radiante 110. Este primer sector está formado por dos zonas de calentamiento, indicadas mediante A1 y C1 en la figura 4. Las zonas A1 y C1 están asociadas con la primera sección 115a de las varillas de calentamiento 115 y con la segunda sección 115b de las varillas de calentamiento 115, respectivamente. Por tanto, las zonas A1 y C1 son diferentes una con respecto a otra porque son capaces de generar potencias térmicas diferentes como resultado del desequilibrio descrito anteriormente; por ejemplo, la zona de calentamiento C1 puede generar una mayor potencia térmica que la zona de calentamiento A1. Otra subunidad formada por las varillas de calentamiento, que se indican mediante 115', identifica un segundo sector de la región activa de la primera capa radiante 110. Este segundo sector está formado por dos zonas de calentamiento, indicadas mediante B1 y D1 en la figura 4. Las zonas B1 y D1 están asociadas con la primera sección 115a' de las varillas de calentamiento 115' y con la segunda sección 115b' de las varillas de calentamiento 115', respectivamente. Por tanto, las zonas B1 y D1 son diferentes una con respecto a otra porque son capaces de generar potencias térmicas diferentes por medio del desequilibrio descrito anteriormente; por ejemplo, la zona de calentamiento D1 puede generar una mayor potencia térmica que la zona de calentamiento B1.
El primer sector formado por las zonas de calentamiento A1 y C1 y el segundo sector formado por las zonas de calentamiento B1 y D1 pueden controlarse de manera independiente uno con respecto a otro por medio de los circuitos de control 102.
Una subunidad formada por las varillas de calentamiento de la segunda capa radiante 120, que se indican mediante 125, identifica un primer sector de la región activa de la segunda capa radiante 120. Este primer sector está formado por dos zonas de calentamiento, indicadas mediante A2 y C2 en la figura 4. Las zonas A2 y C2 están asociadas con la primera sección 125a de las varillas de calentamiento 125 y con la segunda sección 125b de las varillas de calentamiento 125, respectivamente. Por tanto, las zonas A2 y C2 son diferentes una con respecto a otra porque son capaces de generar potencias térmicas diferentes como resultado del desequilibrio descrito anteriormente; por ejemplo, la zona de calentamiento A2 puede generar una mayor potencia térmica que la zona de calentamiento C2. Otra subunidad formada por las varillas de calentamiento indicada mediante 125' identifica un segundo sector de la región activa de la segunda capa radiante 120. Este segundo sector está formado por dos zonas de calentamiento, indicadas mediante B2 y D2 en la figura 4. Las zonas B2 y D2 están asociadas con la primera sección 125a' de las varillas de calentamiento 125' y con la segunda sección 125b' de las varillas de calentamiento 125', respectivamente. Por tanto, las zonas B2 y D2 son diferentes una con respecto a otra porque son capaces de generar diferentes potencias térmicas como resultado del desequilibrio descrito anteriormente; por ejemplo, la zona de calentamiento B2 es capaz de generar una mayor potencia térmica que la zona de calentamiento D2. El desequilibrio en la potencia térmica generada por las varillas de calentamiento en la segunda capa radiante 120 se invierte con respecto al desequilibrio en la primera capa radiante 110.
En la segunda capa radiante 120, el primer sector formado por las zonas de calentamiento A2 y C2 y el segundo sector formado por las zonas de calentamiento B2 y D2 pueden controlarse de manera independiente uno con respecto a otro por medio de los circuitos de control 102.
Además, las capas radiantes 110 y 120 pueden controlarse de manera independiente una con respecto a otra por medio de los circuitos de control 102.
Las cuatro zonas de calentamiento A1, B1, C1 y D1 de la primera capa radiante 110 se superponen a las cuatro zonas de calentamiento A2, B2, C2 y D2 de la segunda capa radiante 120, respectivamente, de manera que se definen cuatro zonas de calentamiento en el calentador 100 en general; una primera que se forma solapando las zonas A1 y A2, una segunda que se forma solapando las zonas B1 y B2, una tercera que se forma solapando las zonas C1 y C2, y una cuarta que se forma solapando las zonas D1 y D2.
La potencia térmica en la primera capa radiante 110 puede estar desequilibrada de manera que, en las zonas A1 y B1 de la primera capa radiante 110, zonas que son adyacentes a la parte de soporte 101, la potencia térmica generada por las varillas de calentamiento 115, 115' es baja, por ejemplo, cercana a cero, y en las zonas C1 y D1 de la primera capa radiante 110 alejada de la parte de soporte 101, la potencia térmica generada por las varillas de calentamiento 115, 115' es elevada, por ejemplo, unos pocos miles de vatios. A la inversa, la potencia térmica en la segunda capa radiante 120 puede estar desequilibrada de manera que, en las zonas A2 y B2 de la segunda capa radiante 120, zonas que son adyacentes a la parte de soporte 101, la potencia térmica generada por las varillas de calentamiento 125, 125' es elevada, por ejemplo, unos pocos miles de vatios, y en las zonas C2 y D2 de la segunda capa radiante 120 alejada de la parte de soporte 101, la potencia térmica generada por las varillas de calentamiento 125, 125' es baja, por ejemplo, cercana a cero.
Para proporcionar un ejemplo numérico, el calentador puede diseñarse de manera que las zonas A1 y B1 de la primera capa radiante 110 y las zonas C2 y D2 de la segunda capa radiante 120 no puedan generar energía térmica (por ejemplo, configurándolas de manera que estén desprovistas de elementos de PTC) y de manera que cada una de las zonas C1 y D1 de la primera capa radiante 110 y las zonas A2 y B2 de la segunda capa radiante 120 pueden generar una potencia de 2000 W.
Si se activa el primer sector (A1+C1) de la primera capa radiante 110, por ejemplo, tendrá una potencia concentrada de 2000 W en el cuadrante formado por las zonas superpuestas C1 y C2.
Incluso si se deseara una potencia concentrada de 2000 W en el cuadrante formado por las zonas superpuestas B1 y B2, bastaría con activar el segundo sector (B2+D2) de la segunda capa radiante 120.
Esto daría como resultado todas las demás combinaciones.
La invención no pretende limitarse a las realizaciones descritas e ilustradas en el presente documento, sino que, en su lugar, puede modificarse en cuanto a la forma y disposición de partes, detalles estructurales y función, según las numerosas variantes posibles que los expertos en la técnica considerarían apropiadas y que se pretende incluir en el alcance de la invención, tal como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Calentador eléctrico de coeficiente de temperatura positivo para un vehículo, que comprende una parte de soporte (101) y circuitos de control (102) alojados dentro de la parte de soporte (101), y capas radiante primera y segunda (110, 120) superpuestas entre sí y configuradas para ser atravesadas por un flujo de aire, comprendiendo cada capa radiante (110, 120) una pluralidad de varillas de calentamiento (115, 115'); 125, 125'), que se extienden desde la parte de soporte (101) y están conectadas en paralelo a los circuitos de control (102), teniendo cada una de dichas varillas de calentamiento una primera sección (115a, 115a'; 125a, 125a') adyacente a la parte de soporte y una segunda sección (115b, 115b'; 125b, 125b') alejada de la parte de soporte (101),
    en el que cada capa radiante (110, 120) comprende un primer sector de capa (A1, C1); A2, C2) y un segundo sector de capa (B1, D1; B2, D2) que pueden controlarse de manera independiente uno con respecto a otro a través de los circuitos de control (102) y
    en el que las capas radiantes (110, 120) están conectadas en paralelo a los circuitos de control (102) y pueden controlarse de manera independiente una con respecto a otra a través de los circuitos de control (102),
    estando el calentador caracterizado porque
    las varillas de calentamiento (115, 115'; 125, 125') están configuradas de tal manera que, en la primera capa radiante (110), la segunda sección (115b, 115b') de las varillas de calentamiento respectivas (115, 115') es capaz de generar una mayor potencia térmica que la primera sección (115a, 115a') de las varillas de calentamiento respectivas (115, 115'), y, en la segunda capa radiante (120), la primera sección (125a, 125a') de las varillas de calentamiento respectivas (125, 125') es capaz de generar una mayor potencia térmica que la segunda sección (125b, 125b') de las varillas de calentamiento respectivas (125, 125').
    Calentador según la reivindicación 1, en el que cada una de dichas varillas de calentamiento comprende una cadena de termistores conectados en paralelo, en el que la primera sección (115a, 115a') y la segunda sección (115b, 115b') de las varillas de calentamiento (115, 115') de la primera capa radiante (110) presentan configuraciones respectivas de termistores capaces de generar potencias térmicas diferentes una con respecto a otra, y en el que la primera sección (125a, 125a') y la segunda sección (125b, 125b') de las varillas de calentamiento (125, 125') de la segunda capa radiante (120) presentan configuraciones respectivas de termistores capaces de generar potencias térmicas diferentes una con respecto a otra.
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