ES2939297T3 - Dispositivo perfeccionado de climatización, en particular para un compartimento de vehículo ferroviario - Google Patents
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Abstract
El dispositivo de climatización (10) comprende: un primer circuito de bomba de calor (12), en el que circula un fluido refrigerante, comprendiendo el primer circuito un primer intercambiador de calor (14) con aire exterior, un compresor (16) y un dispositivo de expansión (20); un segundo circuito (22), en el que circula un fluido caloportador, que comprende un segundo intercambiador de calor (24) con aire procedente del compartimento (11); un intercambiador de calor común (28), a través del cual pasan el primer circuito (12) y el segundo circuito (22), apto para el intercambio de calor entre el refrigerante y el fluido caloportador; y un acumulador térmico (30), conectado al primer circuito (12) en paralelo con el intercambiador de calor común (28), y conectado al segundo circuito (22) en paralelo con el intercambiador de calor común (28). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo perfeccionado de climatización, en particular para un compartimento de vehículo ferroviario
La presente invención concierne a un dispositivo de climatización de al menos un compartimento, en particular de al menos un compartimento de vehículo ferroviario.
En el estado de la técnica se conoce ya un dispositivo de climatización que comprende un circuito de bomba de calor, en el cual circula un fluido caloportador. El circuito comprende clásicamente un primer intercambiador de calor con el aire exterior, un compresor, un dispositivo descompresor y un segundo intercambiador de calor con el aire del compartimiento.
En los documentos US 2009/205346 o EP 2894419 se describen ejemplos de dispositivos de climatización.
De manera clásica, un dispositivo de climatización de este tipo es apropiado para enfriar el aire del compartimiento. A tal efecto, el fluido caloportador sigue el ciclo siguiente:
- el fluido frigorígeno sale del compresor y circula hasta el primer intercambiador de calor, alojado en el exterior o en el compartimento, con el fin de ceder en el mismo calor al aire exterior;
- el fluido frigorígeno así enfriado y en estado líquido circula a continuación hasta un dispositivo descompresor, donde se enfría aún más por disminución de su presión;
- el fluido frigorígeno circula a continuación al segundo intercambiador de calor alojado en el compartimiento, donde toma calor del aire del compartimiento; y
- el fluido frigorígeno circula finalmente hasta el compresor, donde puede comenzar un nuevo ciclo.
Un vehículo ferroviario, en particular del tipo metro, circula al menos en parte en espacios confinados, tales como túneles. El citado aire exterior, al cual el fluido frigorígeno cede calor, es por tanto el aire de estos espacios confinados.
El dispositivo de climatización tiene entonces por efecto aumentar la temperatura en los túneles de metro y en las estaciones de metro, lo que no es deseable, porque el dispositivo de climatización se utiliza en períodos calurosos del año.
La invención tiene por objetivo, en particular, paliar este inconveniente, proponiendo un dispositivo de climatización perfeccionado que permita evitar ceder calor en los túneles.
A tal efecto, la invención tiene por objeto en particular un dispositivo de climatización de un compartimento, en particular de vehículo ferroviario, del tipo que comprende un primer circuito de bomba de calor, en el cual circula un fluido frigorígeno, comprendiendo el primer circuito un primer intercambiador de calor con el aire exterior, un compresor y un dispositivo descompresor, caracterizado porque comprende:
- un segundo circuito, en el cual circula un fluido caloportador, que comprende un segundo intercambiador de calor con el aire del compartimento,
- un intercambiador de calor común, por el cual pasan el primer circuito y el segundo circuito, apropiado para intercambiar calor entre el fluido frigorígeno y el fluido caloportador, y
- un depósito de almacenamiento térmico, conectado al primer circuito en paralelo con el intercambiador de calor común, y conectado al segundo circuito en paralelo con el intercambiador de calor común.
Un dispositivo de climatización según la invención puede comprender además una o varias de las características siguientes, tomadas solas o según cualesquiera combinaciones técnicamente posibles.
- El primer circuito comprende al menos una primera válvula para la conexión selectiva del primer intercambiador de calor con el intercambiador de calor común, el depósito de almacenamiento o ninguno entre el intercambiador de calor común y el depósito de almacenamiento.
- El segundo circuito comprende al menos una segunda válvula para la conexión selectiva del intercambiador de calor común o del depósito de almacenamiento al segundo intercambiador de calor.
- El primer circuito comprende: un primer ramal, conectado al primer intercambiador de calor, un segundo ramal, que se extiende entre el primer intercambiador de calor y el dispositivo descompresor, un tercer ramal, que se extiende entre el dispositivo descompresor y el intercambiador de calor común, un cuarto ramal, conectado al intercambiador de calor común, un ramal de compresor, en el que está dispuesto el compresor, y que se extiende entre una parte de entrada y una parte de salida, y un dispositivo de inversión, apropiado para conectar alternativamente la citada parte de entrada al primer ramal y la citada parte de salida al cuarto ramal, o la citada parte de entrada al cuarto ramal y la citada parte de salida al primer ramal.
- El dispositivo descompresor comprende un primero y un segundo descompresores, cada uno llevado por un primero y un segundo ramal de descompresor respectivo, tales que: el primer descompresor presenta una entrada conectada al citado segundo ramal, y una salida conectada al citado tercer ramal, el segundo descompresor presenta una entrada conectada al citado tercer ramal, y una salida conectada al citado segundo ramal, y cada ramal del descompresor comprende una válvula antirretroceso, dispuesta en serie con el primer o segundo descompresor correspondiente, y orientada en el mismo sentido que este primer o segundo descompresor correspondiente.
- El segundo circuito comprende un depósito de fluido caloportador.
La invención concierne igualmente a un procedimiento de enfriamiento de al menos un compartimento, por medio de un dispositivo de climatización según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo el dispositivo de climatización:
- al menos una primera válvula, en el primer circuito, para la conexión selectiva del primer intercambiador de calor con el intercambiador de calor común, el depósito de almacenamiento o ninguna entre el intercambiador de calor común y el depósito de almacenamiento, y
- al menos una segunda válvula, en el segundo circuito, para la conexión selectiva del intercambiador de calor común o del depósito de almacenamiento con el segundo intercambiador de calor,
caracterizado por que comprende una etapa en el transcurso de la cual el dispositivo de climatización toma una configuración de utilización de frío almacenado, en la cual:
- cada primera válvula está cerrada para desconectar el primer intercambiador de calor del intercambiador de calor común y del depósito de almacenamiento, y
- la al menos una segunda válvula conecta el segundo intercambiador de calor del segundo circuito al depósito de almacenamiento.
Un dispositivo de enfriamiento según la invención puede comprender además una o varias de las características siguientes, tomadas solas o según cualesquiera combinaciones técnicamente posibles.
- El procedimiento de enfriamiento comprende una etapa en el transcurso de la cual el dispositivo de climatización toma una configuración nominal de enfriamiento, en la cual: la al menos un primer válvula conecta el primer intercambiador de calor al intercambiador de calor común, y la al menos una segunda válvula conecta el segundo intercambiador de calor al intercambiador de calor común.
- El procedimiento de enfriamiento comprende una etapa en el transcurso de la cual el dispositivo de climatización toma una configuración de almacenamiento de frío, en la cual: la al menos una primera válvula conecta el primer intercambiador de calor al depósito de almacenamiento, y la al menos una segunda válvula conecta el segundo intercambiador de calor al intercambiador de calor común.
- Cuando el vehículo ferroviario circula fuera de un espacio confinado, el dispositivo de climatización toma la configuración de almacenamiento de frío o la configuración nominal de enfriamiento, y cuando el vehículo ferroviario circula en un espacio confinado, el dispositivo de climatización toma la configuración de utilización de frío almacenado.
La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción que sigue, dada únicamente a modo de ejemplo y realizada con referencia a las figuras adjuntas, entre las cuales:
- la figura 1 representa esquemáticamente un dispositivo de climatización según un primer ejemplo de modo de realización de la invención;
- La figura 2 representa esquemáticamente un dispositivo de climatización según un segundo ejemplo de modo de realización de la invención.
En la figura 1 se ha representado un dispositivo 10 de climatización de un compartimento 11, en particular de un compartimento de vehículo ferroviario, por ejemplo del tipo metro. Se observará que en el compartimento 11 y/o en compartimentos contiguos pueden estar dispuestos en paralelo varios aparatos de climatización 10 idénticos.
En la presente descripción, el término «compartimiento» abarca cualquier espacio cerrado que pueda ser climatizado, por ejemplo, un compartimiento de pasajeros de vehículo ferroviario, una cabina de control de un vehículo ferroviario, un habitáculo de vehículo automóvil, un compartimento de vehículo aeronáutico o marítimo, o incluso una habitación de un edificio.
El dispositivo de climatización 10 comprende un primer circuito 12 de bomba de calor, que realiza también una función de climatización según los modos operativos, en el cual circula un fluido frigorígeno.
El primer circuito 12 comprende al menos un primer intercambiador de calor 14 con el aire, dispuesto en el exterior del compartimento. Así, el primer intercambiador 14 permite intercambiar calor entre el fluido frigorígeno y el aire exterior.
Ventajosamente, el primer intercambiador 14 está equipado con un primer dispositivo de ventilación 15, apropiado para generar un flujo de aire que pase por este primer intercambiador de calor 14. Este dispositivo de ventilación favorece el intercambio de calor entre el aire y el intercambiador de calor 14.
El primer circuito 12 comprende igualmente, de manera clásica, un compresor 16 y un dispositivo descompresor 20, a una y otra parte del primer intercambiador 14.
El dispositivo de climatización 10 comprende por otra parte al menos un segundo circuito 22, en el cual circula un fluido caloportador. El segundo circuito 22 comprende un segundo intercambiador de calor 24 con el aire, dispuesto en el compartimento 11. Así, el segundo intercambiador 24 permite intercambiar calor entre el fluido caloportador y el aire del compartimento 11. Ventajosamente, el segundo intercambiador de calor 24 está equipado con un segundo dispositivo de ventilación 23, apropiado para generar un flujo de aire que pase por este segundo intercambiador de calor 24, para favorecer el intercambio de calor entre el aire y este segundo intercambiador de calor 24.
El segundo circuito 22 comprende por otra parte una bomba 26 de circulación de fluido en el segundo circuito 22.
Ventajosamente, el segundo circuito 22 comprende un depósito 25 de fluido caloportador, que permite absorber las variaciones de volumen del fluido caloportador, en particular debidas a variaciones de temperatura.
El dispositivo de climatización 10 comprende por otra parte un intercambiador de calor 28 común para los primero 12 y segundo 22 circuitos, por el cual pasan el primer circuito 12 y el segundo circuito 22. Este intercambiador de calor común 28 permite intercambiar calor entre el fluido frigorígeno y el fluido caloportador.
El dispositivo de climatización 10 comprende igualmente un depósito de almacenamiento térmico 30, conectado al primer circuito 12 en paralelo con el intercambiador de calor común 28, y conectado al segundo circuito 22 en paralelo con el intercambiador de calor común 28.
El depósito de almacenamiento térmico 30 comprende por ejemplo un recinto lleno de un fluido o de un material de cambio de fase, en particular un líquido o líquido que se solidifica al enfriarse, de almacenamiento térmico, un primer elemento hueco de intercambio térmico, alojado en el recinto y que comunica con el primer circuito 12, y un segundo elemento hueco de intercambio térmico, alojado en el recinto, que comunica con el segundo circuito 22. El depósito de almacenamiento 30 permite un intercambio de calor entre el líquido de almacenamiento y el fluido frigorígeno por una parte, y entre el líquido de almacenamiento y el fluido portador de calor por otra.
El primer circuito 12 comprende un primer ramal de intercambiador común 27, que pasa por el intercambiador común 28, y un primer ramal de depósito 29, que pasa por el depósito térmico 30. El primer ramal de intercambiador común 27 y el primer ramal de depósito 29 son paralelos, de modo que ambos se extienden entre una primera derivación 31 y una segunda derivación 33.
El primer circuito 12 comprende al menos una primera válvula 32A, 32B, en particular al menos una primera electroválvula, para permitir o impedir la circulación de fluido frigorígeno a través del intercambiador de calor común 28 y del depósito de almacenamiento 30. Así, esta al menos una primera válvula 32A, 32B permite la conexión selectiva del primer intercambiador 14 con el intercambiador de calor común 28, con el depósito de almacenamiento 30, con los dos entre el intercambiador de calor común 28 y el depósito de almacenamiento 30 o con ninguno entre el intercambiador de calor común 28 y el depósito de almacenamiento 30.
En el ejemplo representado, el primer circuito 12 comprende dos primeras válvulas 32A, 32B, una dispuesta en el primer ramal de intercambiador común 27, y la otra dispuesta en el primer ramal del depósito 29.
En variante, una entre las primera 31 y segunda 33 derivaciones podría estar formada por una válvula de tres vías, de las cuales una primer vía se conecta al primer ramal 27 del intercambiador común, una segunda vía se conecta al primer ramal de depósito 29, y una tercera vía se conecta a un ramal unido al compresor 16 o al dispositivo descompresor 20.
Asimismo, el segundo circuito 22 comprende un segundo ramal 34 de intercambiador común, que pasa por el intercambiador común 28, y un segundo ramal 35 de depósito, que pasa por el depósito térmico 30. El segundo ramal de intercambiador común 34 y el segundo ramal de depósito 35 son paralelos, de modo que ambos se extienden entre una tercera derivación 37 y una cuarta derivación 39.
El segundo circuito 22 comprende al menos una segunda válvula 36A, 36B, en particular al menos una segunda electroválvula, para permitir o impedir la circulación de fluido caloportador a través del intercambiador de calor común 28 y del depósito de almacenamiento 30. Así, esta al menos una segunda válvula 36A, 36B permite la conexión selectiva del segundo intercambiador 24 con el intercambiador de calor común 28, con el depósito de almacenamiento 30, con los dos entre el intercambiador de calor común 28 y el depósito de almacenamiento 30 o con ninguno entre el intercambiador de calor común 28 y el depósito de almacenamiento 30.
En el ejemplo representado, el segundo circuito 12 comprende dos segundas válvulas 36A, 36B, una dispuesta en el segundo ramal de intercambiador común 34, y la otra dispuesta en el segundo ramal de depósito 35.
En variante, una entre las tercera 37 y cuarta 39 derivaciones podría estar formada por una válvula de tres vías, de las cuales una primera vía se conecta al segundo ramal 34 del intercambiador común, una segunda vía se conecta al segundo ramal de depósito 35, y una tercera vía se conecta a un ramal unido al segundo intercambiador de calor 24 o a la bomba 26.
Se describirá ahora en lo que sigue el funcionamiento del dispositivo de climatización 10. El dispositivo de climatización 10 según el primer modo de realización de la invención está destinado a enfriar el aire del compartimento 11.
Este dispositivo de climatización 10 puede tomar al menos tres configuraciones de funcionamiento, a saber, una primera configuración nominal de enfriamiento, una segunda configuración de almacenamiento de frío y una tercera configuración de utilización del frío almacenado.
En la primera configuración nominal de enfriamiento, el fluido frigorígeno, que sale del compresor 16, circula hasta el primer intercambiador de calor 14, donde cede calor al aire exterior.
El fluido frigorígeno así enfriado circula a continuación hasta el dispositivo descompresor 20, donde se enfría aún más cuando su presión disminuye en este dispositivo descompresor 20.
El fluido frigorígeno a continuación circula hasta la primera derivación 31.
En esta primera configuración nominal de enfriamiento, la primera válvula 32A del primer ramal de intercambiador común 27 está abierta y la primera válvula 32B del primer ramal de depósito 29 está cerrada. El fluido frigorígeno circula entonces a través del intercambiador de calor común 28, donde toma calor del fluido caloportador.
El fluido frigorígeno finalmente circula hasta el compresor 16, donde puede comenzar un nuevo ciclo.
En el segundo circuito 22, la segunda válvula 36A del segundo ramal de intercambiador común 34 está abierta y la segunda válvula 36B del segundo ramal de depósito 35 está cerrada. El fluido caloportador circula por tanto, desde la bomba 26, a través del intercambiador de calor común 28, donde cede calor al fluido frigorígeno.
A continuación, el fluido caloportador circula hasta el segundo intercambiador de calor 24, donde toma calor del aire del compartimento 11, cuya temperatura se reduce así.
Esta primera configuración corresponde sensiblemente a una configuración de enfriamiento clásica, donde el dispositivo de climatización 10 toma calor del compartimiento 11 para transferir este calor al exterior.
En la segunda configuración de almacenamiento de frío en el depósito de almacenamiento 30, la primera válvula 32A del primer ramal común de intercambiador 27 está cerrada y la primera válvula 32B del primer ramal de depósito 29 está abierta, de modo que el fluido frigorígeno circula a través del depósito de almacenamiento 30, donde extrae calor del líquido de almacenamiento. Así, el fluido frigorígeno toma calor del líquido de almacenamiento, para cederlo al aire exterior en el primer intercambiador de calor 14, de la misma forma que anteriormente.
En esta segunda configuración de almacenamiento de frío, la segunda válvula 36A del segundo ramal 34 de intercambiador común está abierta y la segunda válvula 34B del segundo ramal de depósito 29 está cerrada.
Así, mientras que el primer circuito 12 almacena frío en el depósito de almacenamiento 30, el segundo circuito 22 sigue tomando calor del aire del compartimento 11 por el segundo intercambiador 24, para cederlo al fluido frigorígeno residual en el intercambiador común 28.
En variante, en otra configuración, las segundas válvulas 36A, 36B están ambas cerradas mientras que el primer circuito 12 almacena frío en el depósito de almacenamiento 30.
El frío almacenado puede ser utilizado después en la tercera configuración de utilización de frío almacenado.
En esta tercera configuración de utilización de frío almacenado, cada primera válvula 32A, 32B está cerrada para desconectar el intercambiador de calor común 28 y el depósito de almacenamiento 30 del primer intercambiador de calor 14. El primer circuito 12 queda así desactivado, y por tanto no cede calor al exterior. Ventajosamente, el dispositivo de ventilación 15 está igualmente desactivado.
En cambio, en el segundo circuito 22, la segunda válvula 36A del segundo ramal común del intercambiador 34 está cerrada y la segunda válvula 36B del segundo ramal de depósito 35 está abierta. El fluido caloportador circula por tanto, desde la bomba 26, a través del depósito de almacenamiento 30, donde cede calor al líquido de almacenamiento. Así, el fluido caloportador toma calor del aire en el compartimiento 11 en el segundo intercambiador de calor 24, y después cede calor al líquido de almacenamiento alojado en el depósito de almacenamiento 30.
Se observará que, cuando el dispositivo de climatización equipa a un compartimento de vehículo ferroviario, cuando el vehículo ferroviario circula en un espacio confinado, en particular un túnel, el dispositivo de climatización 10 toma la tercera configuración de utilización de frío almacenado, en la cual el primer circuito 12 está desactivado, con el fin de no expulsar calor al espacio confinado.
En cambio, cuando el vehículo ferroviario circula fuera de un espacio confinado, el dispositivo de climatización 10 toma la segunda configuración de almacenamiento de frío o la primera configuración nominal de enfriamiento.
Por ejemplo, el dispositivo de climatización 10 toma alternativamente la primera y la segunda configuración, siempre que el vehículo ferroviario circule fuera de un espacio confinado.
El paso de una configuración a otra se puede realizar automáticamente, por ejemplo detectando los espacios confinados con la ayuda de medios clásicos (por ejemplo por medio de un sistema de guiado por satélite o equivalente). En variante, el paso de una configuración a otra puede ser realizado manualmente por un operario, por ejemplo el conductor del vehículo ferroviario.
Se observará que las configuraciones descritas anteriormente no son limitativas y que se pueden prever otras configuraciones de funcionamiento.
Por ejemplo, las primeras válvulas 32A, 32B pueden, en otra configuración de almacenamiento de frío, estar ambas abiertas para tomar calor del depósito 30 al tiempo que toman calor del intercambiador común 28. En cambio, la segunda válvula 36A del segundo ramal de intercambiador común 34 está abierta, y la segunda válvula 36B del segundo ramal de depósito 35 está cerrada. El dispositivo de climatización 10 puede así enfriar el aire del compartimiento 11, al tiempo que almacena frío en el depósito de almacenamiento 30.
En la figura 2 se ha representado un dispositivo de climatización 10 según un segundo ejemplo de modo de realización de la invención. En esta figura, los elementos análogos a los de la figura precedente están designados con referencias idénticas.
De acuerdo con este segundo modo de realización, el segundo circuito 22 es idéntico al del primer modo de realización. En cambio, el primer circuito 12 se diferencia del primer modo de realización en que el mismo es reversible.
A tal efecto, el primer circuito 12 comprende un dispositivo de inversión 40, apropiado para conectar la salida del compresor 16 al primer intercambiador 14 o al intercambiador de calor común 28.
Más particularmente, el primer circuito 12 comprende:
- un primer ramal 42, que se extiende entre el dispositivo de inversión 40 y el primer intercambiador de calor 14, - un segundo ramal 44, que se extiende entre el primer intercambiador de calor 14 y el dispositivo descompresor 20, - un tercer ramal 46, que se extiende entre el dispositivo descompresor 20 y la primera derivación 31,
- un cuarto ramal 48, que se extiende entre la segunda derivación 33 y el dispositivo de inversión 40, y
- un ramal de compresor 50, en el cual está dispuesto el compresor 16, que se extiende entre una parte de entrada 50A y una parte de salida 50A.
El dispositivo de inversión 40 es apropiado para conectar alternativamente la parte de entrada 50A al primer ramal 42 y la parte de salida 50B al cuarto ramal 48, o la parte de entrada 50A al cuarto ramal 48 y la parte de salida 50B al primer ramal 42.
El dispositivo de inversión 40 comprende por ejemplo:
- una primera parte 40A, que comprende una primera válvula de inversión 41A (por ejemplo, una electroválvula), que se extiende entre el cuarto ramal 48 y la parte de entrada 50A,
- una segunda parte 40B, que comprende una segunda válvula de inversión 41B (por ejemplo, una electroválvula), que se extiende entre la parte de entrada 50A y el primer ramal 42,
- una tercera parte 40C, que comprende una tercera válvula de inversión 41C (por ejemplo, una electroválvula), que se extiende entre el primer ramal 42 y la parte de salida 50B, y
- una cuarta parte 40D, que comprende una cuarta válvula de inversión 41D (por ejemplo, una electroválvula), que se extiende entre la parte de salida 50B y el cuarto ramal 48.
Por otra parte, el dispositivo descompresor 20 comprende un primero 54 y un segundo 56 descompresor, cada uno llevado por un respectivo ramal de descompresor, tal que el primer de descompresor 54 presenta una entrada conectada al segundo ramal 44 y una salida conectada al tercer ramal 46, y el segundo descompresor 56 tiene una entrada conectada al tercer ramal 46 y una salida conectada al segundo ramal 44. Cada ramal de descompresor comprende una válvula antirretroceso 55, 57 dispuesta en serie con el primero 54 o el segundo 56 descompresores correspondientes, y orientada en el mismo sentido que el primeros 54 o segundo 56 descompresores correspondientes.
Así, en función del sentido de circulación del fluido frigorígeno impuesto por el compresor 16, este fluido frigorígeno pasa por uno u otro de los primero y segundo ramales de descompresor.
El dispositivo de climatización 10 según el segundo ejemplo de modo de realización puede utilizarse para enfriar el aire del compartimento 11 o para calentarlo.
Así, en función del sentido de circulación del fluido frigorígeno, el dispositivo de climatización 10 está en un modo de enfriamiento o en un modo de calentamiento.
En el modo de enfriamiento, el dispositivo de inversión 40 conecta la parte de salida 50B al primer ramal 42 y la parte de entrada al cuarto ramal 48. En otras palabras, las primera 41A y tercera 41C válvulas de inversión están abiertas, y las segunda 41B y cuarta 41D válvulas de inversión están cerradas.
En este modo de enfriamiento, el funcionamiento del dispositivo de climatización 10 según el segundo modo de realización es idéntico al del dispositivo de climatización según el primer modo de realización descrito anteriormente. El dispositivo de climatización 10 en modo de enfriamiento puede por tanto tomar en particular las primera, segunda y tercera configuraciones descritas anteriormente.
En el modo de calentamiento, el dispositivo de inversión 40 conecta la parte de salida 50B al cuarto ramal 48 y la parte de entrada 50A al primer ramal. En otras palabras, las primera 41A y tercera 41C válvulas de inversión están cerradas, y segunda 41B y cuarta 41D válvulas de inversión están abiertas.
El dispositivo de climatización 10 puede tomar entonces al menos tres configuraciones de funcionamiento suplementarias, a saber, una cuarta configuración nominal de calentamiento, una quinta configuración de almacenamiento de calor y una tercera configuración de utilización del calor almacenado.
En la cuarta configuración nominal de calentamiento, el fluido frigorígeno, que sale del compresor 16, circula hasta la segunda derivación 33.
En esta cuarta configuración nominal de calentamiento, la primera válvula 32A del primer ramal de intercambiador común 27 está abierta y la primera válvula 32B del primer ramal de depósito 29 está cerrada. El fluido frigorígeno circula entonces a través del intercambiador de calor común 28, donde cede calor al fluido caloportador.
El fluido frigorígeno así enfriado circula a continuación hasta el dispositivo descompresor 20, donde se enfría aún más cuando su presión disminuye en este dispositivo descompresor 20.
El fluido frigorígeno circula a continuación hasta el primer intercambiador de calor 14, donde toma calor del aire exterior.
El fluido frigorígeno finalmente circula hasta el compresor 16, donde puede comenzar un nuevo ciclo.
En el segundo circuito 22, la segunda válvula 36A del segundo ramal de intercambiador común 34 está abierta y la segunda válvula 36B del segundo ramal de depósito 35 está cerrada. El fluido caloportador circula por tanto, desde la bomba 26, a través del intercambiador de calor común 28, donde toma calor del fluido frigorígeno.
A continuación, el fluido caloportador circula hasta el segundo intercambiador de calor 24, donde cede calor al aire del compartimento 11, cuya temperatura es así aumentada.
Esta cuarta configuración corresponde sensiblemente a una configuración de calentamiento clásica, donde el dispositivo de climatización 10 toma calor del exterior para ceder este calor al compartimiento 11.
En la quinta configuración de almacenamiento de calor en el depósito de almacenamiento 30, la primera válvula 32A del primer de intercambiador común 27 está cerrada, y la primera válvula 32B del primer ramal de depósito 29 está abierta, por lo que el fluido frigorígeno circula a través del depósito de almacenamiento 30, donde transfiere calor al líquido de almacenamiento. Así, el fluido frigorígeno toma calor del aire exterior, para transferirlo al líquido de almacenamiento, de la misma manera que anteriormente.
En esta quinta configuración de almacenamiento de calor, la segunda válvula 36A del segundo ramal 34 de intercambiador común está abierta y la segunda válvula 34B del segundo ramal de depósito 29 está cerrada.
Así, mientras que el primer circuito 12 almacena calor en el depósito de almacenamiento 30, el segundo circuito 22 sigue tomando calor residual del fluido frigorígeno residual en el intercambiador común 28, para cederlo al aire del compartimento 11 por el segundo intercambiador 24.
En variante, en otra configuración, las segundas válvulas 36A, 36B están ambas cerradas mientras que el primer circuito 12 almacena calor en el depósito de almacenamiento 30.
En el caso de un vehículo ferroviario, el calor disipado durante el frenado o por las catenarias puede ser así recuperado y almacenado en el depósito de almacenamiento 30, con miras a una utilización posterior.
Además, esta quinta configuración puede utilizarse ventajosamente para enfriar el aire en un espacio confinado, tal como un túnel, en el cual circula el vehículo ferroviario. En efecto, el primer circuito toma calor del aire de este espacio confinado, para cederlo al depósito de almacenamiento.
El calor almacenado puede utilizarse entonces en la sexta configuración de utilización del calor almacenado.
En esta sexta configuración de utilización del calor acumulado, cada primera válvula 32A, 32B está cerrada para desconectar el intercambiador de calor común 28 y el depósito de almacenamiento 30 del primer intercambiador de calor 14. El primer circuito 12 está así desactivado, y por lo tanto no toma calor del exterior. Ventajosamente, el dispositivo de ventilación 15 está igualmente desactivado.
En cambio, en el segundo circuito 22, la segunda válvula 36A del segundo ramal de intercambiador común 34 está cerrada y la segunda válvula 36B del segundo ramal de depósito 35 está abierta. El fluido caloportador circula por tanto, desde la bomba 26, a través del depósito de almacenamiento 30, donde toma calor del líquido de almacenamiento, para cederlo después al aire del compartimento 11 en el segundo intercambiador de calor 24.
Se observará que la invención no está limitada a los modos de realización descritos anteriormente, sino que podría presentar diversas variantes sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.
Por ejemplo, el dispositivo de climatización 10 podría comprender varios segundos circuitos 22, pasando todos por el intercambiador de calor común 28 y el depósito de almacenamiento 30, y comprendiendo cada uno un segundo intercambiador de calor 24 respectivo alojado en un compartimento, en particular en un mismo compartimento o repartidos en diferentes compartimentos.
Por otra parte, aunque el dispositivo de climatización 10 según la invención esté particularmente adecuado para un vehículo ferroviario, en particular de tipo metro, el mismo puede ser utilizado en cualquier tipo de compartimento que se pueda prever.
Claims (10)
1. Dispositivo (10) de climatización de un compartimento (11), en particular de vehículo ferroviario, del tipo que comprende un primer circuito de bomba de calor (12) en el cual circula un fluido frigorígeno, comprendiendo el primer circuito un primer intercambiador de calor (14) con el aire exterior, un compresor (16) y un dispositivo descompresor (20), comprendiendo el dispositivo de climatización (10):
- un segundo circuito (22), en el cual circula un fluido caloportador, que comprende un segundo intercambiador de calor (24) con el aire del compartimento (11),
- un intercambiador de calor común (28), por el cual pasan el primer circuito (12) y el segundo circuito (22), apropiado para intercambiar calor entre el fluido frigorígeno y el fluido caloportador,
caracterizado por que comprende un depósito de almacenamiento térmico (30), conectado al primer circuito (12) en paralelo con el intercambiador de calor común (28), y conectado al segundo circuito (22) en paralelo con el intercambiador de calor común (28).
2. Dispositivo de climatización (10) según la reivindicación 1, en el cual el primer circuito (12) comprende al menos una primera válvula (32A, 32B) para la conexión selectiva del primer intercambiador de calor (14) con el intercambiador de calor común (28), el depósito de almacenamiento (30) o ninguno entre el intercambiador de calor común (28) y el depósito de almacenamiento (30).
3. Dispositivo de climatización (10) según las reivindicaciones 1 o 2, en el cual el segundo circuito (22) comprende al menos una segunda válvula (36A, 36B) para la conexión selectiva del intercambiador de calor común (28) o del depósito de almacenamiento (30) al segundo intercambiador de calor (24).
4. Dispositivo de climatización (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el primer circuito (12) comprende:
- un primer ramal (42), conectado al primer intercambiador de calor (14),
- un segundo ramal (44), que se extiende entre el primer intercambiador de calor (14) y el dispositivo descompresor (20),
- un tercer ramal (46), que se extiende entre el dispositivo descompresor (20) y el intercambiador de calor común (18), - un cuarto ramal (48), conectado al intercambiador de calor común (18),
- un ramal de compresor (50), en el cual está dispuesto el compresor (16), y que se extiende entre una parte de entrada (50A) y una parte de salida (50B), y
- un dispositivo de inversión (40), apropiado para conectar alternativamente la citada parte de entrada (50A) al primer ramal (42) y la citada parte de salida (50B) al cuarto ramal (48), o la citada parte de entrada (50A) al cuarto ramal (48) y la citada parte de salida (50B) al primer ramal (42).
5. Dispositivo de climatización (10) según la reivindicación 4, en el cual el dispositivo descompresor (20) comprende un primero (54) y un segundo (58) descompresores, cada uno llevado por un primer y un segundo ramal de descompresor respectivo, tales que:
- el primer descompresor (54), presenta una entrada conectada al citado segundo ramal (44), y una salida conectada al citado tercer ramal (46),
- el segundo descompresor (56), presenta una entrada conectada al citado tercer ramal (46), y una salida conectada al citado segundo ramal (44), y
- cada ramal de descompresor (36, 40) comprende una válvula antirretroceso (55, 57), dispuesta en serie con el primer (54) o segundo (56) descompresor correspondiente, y orientada en el mismo sentido que este primer (54) o segundo (56) descompresor correspondiente.
6. Dispositivo de climatización (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el segundo circuito (22) comprende un depósito (25) de fluido caloportador.
7. Procedimiento de enfriamiento de al menos un compartimiento (11), por medio de un dispositivo de climatización (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo el dispositivo de climatización (10): - al menos una primera válvula (32A, 32B), en el primer circuito (12), para la conexión selectiva del primer intercambiador de calor (14) con el intercambiador de calor común (28), el depósito de almacenamiento (30) o ninguno entre el intercambiador de calor común (28) y el depósito de almacenamiento (30), y
- al menos una segunda válvula (36A, 36B), en el segundo circuito, para la conexión selectiva del intercambiador de calor común (28) o del depósito de almacenamiento (30) con el segundo intercambiador de calor (24),
caracterizado por que comprende una etapa en el transcurso de la cual el dispositivo de climatización (10) toma una configuración de utilización de frío almacenado, en la cual:
- cada primera válvula (32A, 32B) está cerrada para desconectar el primer intercambiador de calor (14) del intercambiador de calor común (28) y del depósito de almacenamiento (30), y
- la al menos una segunda válvula (36A, 36B) conecta el segundo intercambiador de calor (24) del segundo circuito (22) al depósito de almacenamiento (30).
8. Procedimiento de enfriamiento según la reivindicación 7, que comprende una etapa en el transcurso de la cual el dispositivo de climatización (10) toma una configuración nominal de enfriamiento, en la cual:
- la al menos una primera válvula (32A, 32B) conecta el primer intercambiador de calor (14) al intercambiador de calor común (28), y
- la al menos una segunda válvula (36A, 36B) conecta el segundo intercambiador de calor (24) al intercambiador de calor común (28).
9. Procedimiento de enfriamiento según las reivindicaciones 7 u 8, que comprende una etapa en el transcurso de la cual el dispositivo de climatización (10) toma una configuración de almacenamiento de frío, en la cual:
- la al menos una primera válvula (32A, 32B) conecta el primer intercambiador de calor (14) al depósito de almacenamiento (30), y
- la al menos una segunda válvula (36A, 36B) conecta el segundo intercambiador de calor (24) al intercambiador de calor común (28).
10. Procedimiento de enfriamiento de un compartimento (11) de vehículo ferroviario, según las reivindicaciones 8 y 9 tomadas en combinación, en el cual:
- cuando el vehículo ferroviario circula fuera de un espacio confinado, el dispositivo de climatización (10) toma la configuración de almacenamiento de frío o la configuración nominal de enfriamiento, y
- cuando el vehículo ferroviario circula en un espacio confinado, el dispositivo de climatización (10) toma la configuración de utilización de frío almacenado.
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