ITMI20001569A1 - Procedimento e dispositivo per climatizzare un abitacolo di un autoveicolo - Google Patents

Description

Stato della tecnica

L'invenzione riguarda un procedimento ed un dispositivo per climatizzare un abitacolo di un autoveicolo, equipaggiato con un impianto climatizzatore convenzionale, specialmente da fermo.

I veicoli parcheggiati esposti al sole raggiungono rapidamente alte temperature dell'abitacolo, ad esempio oltre 80°C. La temperatura dell'abitacolo si imposta in dipendenza della grandezza della vettura, del colore della vettura, del colore e della natura dell'allestimento interno, della temperatura esterna, della potenza di irraggiamento solare, della permeabilità e della grandezza delle superfici dei finestrini (sorgente di calore dell'abitacolo) e della resistenza termica della carrozzeria (assorbitori). Alte temperature dell'abitacolo riducono il confronto di marcia e portano ad un elevato consumo di combustibile causato dall'impianto climatizzatore, che quindi all'inizio della marcia è pienamente sollecito Nel caso estremo ì motori di veicoli fermi funzionano per ore per evitare questo riscaldamento .

Per la climatizzazione di autoveicoli fermi sono già state fatte proposte, che impiegano per lo più processi assai costosi in termini di apparecchiature, come compressori elettrici, processi di assorbimento ed alti processi.

Dalla climatizzazione degli edifici sono già note tecniche con le quali si effettua un raffreddamento mediante umidificazione dell'aria estratta dagli edifici (vedere Ki 11/94, pagine 545-550: Ki Luft- und Kaeltetechnik 11/94, T. Racoczy in "Kuehlung durch Fortluftbefeuchtung bei RLT- Anlagen" e Ki 2/94, pagine 64-65: Ki Luftund Kaeltetechnik, G. Heinrich in “Kaelteanlagen mit dem Verdunstungseffekt"). Per il settore degli autoveicoli al riguardo è problematico l'elevato consumo d'acqua, il ce renderebbe assolutamente necessario un rifornimento di acqua e il conseguente maggiore peso e indice di ricambio d'aria eventualmente elevato dei ventilatori.

Compito e vantaggi dell'invenzione

Per i motivi summenzionati si pone il compito di consentire una climatizzazione per abitacoli, specialmente per veicoli fermi (a motore fermo), economicamente conveniente, semplice e per la quale è sufficiente un modesto aggiuntivo consumo energetico e che inoltre consente una climatizzazione preservante la rete di bordo elettrica e può mantenere le temperature nell'abitacolo di veicoli parcheggiati almeno nell'ambito del livello della temperatura esterna, e ancor meglio può portarle anche al di sotto di questo .

Il compito precedentemente indicato viene risolto in via di principio mediante un procedimento utilizzante il raffreddamento ad evaporazione dell'acqua, che è un processo adiabatico con aria. Con l'umidificazione di aria senza adduzione o dissipazione di energia esterna la componente sensibile e la componente latente dell'entalgia complessiva dell'aria si spostano infatti, ossia l'umidità assoluta dell'aria aumenta con contemporaneo abbassamento della temperatura .

A livello tecnico questo processo può essere utilizzato in due diversi modi: o è possibile umidificare e quindi raffreddare l'aria esterna aspirata alternativamente è possibile umidificare e raffreddare anche l'aria di smaltimento dall'abitacolo, soffiata fuori e quindi calda. Questa quindi tramite uno scambiatore di calore può di nuovo preraffreddare l'aria esterna aspirata.

Conformemente ad un aspetto essenziale un procedimento secondo l'invenzione, risolvente il compito precedentemente indicato, per climatizzare un abitacolo di un veicolo equipaggiato con un convenzionale impianto climatizzatore, specialmente da fermo, è caratterizzato dal fatto che acqua di condensa prodotta durante il funzionamento dell'impianto climatizzatore durante la marcia del veicolo viene raccolta e l'aria di alimentazione addotta all'abitacolo oppure l'aria di smaltimento estratto dall'abitacolo viene umidificata con l'acqua raccolta, specialmente quando l'autoveicolo sta' fermo, e quindi viene raffreddata mediante raffreddamento ad evaporazione, laddove in quest'ultimo caso l'aria esterna aspirata viene preraffreddata tramite uno scambiatore di calore dall'aria di smaltimento raffreddata.

Conformemente ad un ulteriore sviluppo preferito l'aria di alimentazione addotta all'abitacolo dell'autoveicolo oppure l'aria di smaltimento estratta, prima dell'umidificazione può essere sovraessiccata aggiuntivamente mediante un essiccazione dell'aria.

A riguardo l'acqua accumulata nel corso essiccazione dell'aria può essere espulsa termicamente ed addotta all'acqua servente al raffreddamento ad evaporazione.

Il consumo d'acqua complessivo oppure la potenza di raffreddamento del raffreddamento da fermo secondo l'invenzione può essere controllato rispettivamente regolato in maniera ottimale in dipendenza di determinati parametri, come la temperatura esterna, la temperatura interna desiderata, la quantità d'acqua raccolta dall'impianto climatizzatore nonché da valori caratteristici dell'autoveicolo.

Per integrare in determinate situazioni l'acqua raccolta dall'impianto climatizzatore è possibile prevedere un serbatoio dell'acqua.

Un dispositivo, risolvente il compito precedente, per attuare il procedimento è caratterizzato dal fatto che in un canale dell'aria, che adduce l'aria di alimentazione all'cibitacolo oppure scarica l'aria di smaltimento, è prevista una turbina di umidificazione, in cui l'acqua di condensa raccolta dal convenzionale impianto climatizzatore e, oppure l'acqua dal serbatoio viene spruzzata nella forma di getto sottile sulla girante rapidamente rotante della turbina, e inoltre dal fatto che essa viene proiettata centrifugalmente verso l'esterno, nebulizzata a formare fini bollicine evaporizzata. In tal caso acqua non vaporizzata può essere raccolta nella coclea della turbina di umidificazione ed essere riaddotta al processo .

Il dispositivo secondo l'invenzione inoltre può contenere una unità di comando rispettivamente di regolazione in combinazione con il processo con il circuito dell'acqua e circuito di raffreddamento, che comanda rispettivamente regola nel senso ottimizzante l'intero consumo d'acqua oppure la potenza di raffreddamento del raffreddamento da fermo in dipendenza di determinati parametri, come la temperatura esterna, la temperatura desiderata dell'abitacolo, la quantità d'acqua raccolta nonché in dipendenza di valori caratteristici dell'autoveicolo.

L'unità di comando di regolazione può stare in accoppiamento funzionale con una unità di telecomando o di programmazione per la sezione di determinate grandezze di processo e, oppure di svolgimenti di processo del raffreddamento ad evaporazione .

In seguito più esempi di realizzazione dell'invenzione vengono descritti in dettaglio con riferimento alle figure del disegno.

Disegno

La figura 1 mostra blocchi funzionali schematici di un primo esempio di realizzazione del procedimento secondo l'invenzione con una umidificazione diretta della corrente di alimentazione, insieme alla rispettiva temperatura a all'umidità dell'aria,

la figura 2 mostra schematicamente blocchi funzionali di un secondo esempio di realizzazione del procedimento secondo l'invenzione, con cui hanno luogo una umidificazione della corrente dell'aria di scarico e un successivo raffreddamento della corrente di alimentazione, e la figura 3 mostra schematicamente blocchi funzionali di un terzo esempio di realizzazione del procedimento secondo l'invenzione, in cui il raffreddamento ad evaporazione viene impiegato aggiuntivamente per coadiuvare l'impianto climatizzatore convenzionale nel veicolo durante la marcia.

Esempi di realizzazione

Il primo esempio di realizzazione <" >del procedimento secondo l'invenzione è mostrato dalla figura 1 nella forma di blocchi funzionali. In questo esempio di realizzazione l'aria di alimentazione, aspirata nell'abitacolo di un veicolo e che ha qui ad esempio 30°C ed il 40% di umidità relativa, viene umidificata in una unità di umidificazione 1 con una potenza di umidificazione 1 1/h e di conseguenza la temperatura nell'aria nell'unità di umidificazione si riduce a 21°C e la sua umidità aumenta al 90%. La temperatura nell'abitacolo in tal modo raggiungibile nel Cockpit è di 28°C per un'umidità relativa di 58%. L'immissione di calore è in tal caso di 500 W e la portata d'aria è di 240 kg/h.

Nell'esempio di realizzazione alternativo mostrato in figura 2 l'aria soffiata fuori dal Cockpit 2 viene umidificata con l'acqua, raccolta dal convenzionale impianto climatizzatore, in un'unità di .umidificazione 1 con la potenza di umidificazione 1 1/h e di conseguenza viene raffreddata. Successivamente l'aria, raffreddata nell'unità di umidificazione 1, in uno scambiatore di calore 3 viene utilizzata per preraffreddare l'aria aspirata dall'esterno. La superficie attiva dello scambiatore di calore 3 è di 3m<2>. Le condizioni esterne nell'esempio di realizzazione alternativo mostrato in figura 2 sono le stesse dell'esempio di realizzazione mostrato nella figura 1, ossia l'aria di alimentazione ha una temperatura di 30°C e il 40% di umidità relativa. L'aria di alimentazione preraffreddata nello scambiatore di calore 3 aveva una temperatura di 25° e una umidità relativa del 54%. In tal modo nel Cockpit 2 si raggiungono 32°C per il 36% di umidità relativa. La temperatura dell'aria di smaltimento, raffreddata dall'unità di umidificazione 1 è smaltita dal Cockpit è di 21,5°C per il 90% di umidità relativa e l'aria scaricata nell'ambiente esterno ha 26,6°C per il 66% di umidità. La portata d'aria era di 240 kg/h e l'immissione di calore era di 500 W, come per il sistema secondo la figura 1.

L'efficienza delle modalità di umidificazione attuate nelle figure 1 e 2 può essere anche ulteriormente incrementata con un essiccatoio dell'aria (non mostrato) preinserito all'umidificazione, via meccanismi di assorbimento, con Silica-Gel oppure Zeolite. L'umidità ivi accumulata può essere espulsa termicamente, ad esempio per effetto del calore dissipato del motore, attraverso lo scappamento, il riscaldamento da fermo, contatto elettrico oppure contatto termico con la superficie esterna calda dell'autoveicolo.

La figura 3 mostra schematicamente blocchi funzionali di un terzo esempio di realizzazione del procedimento secondo l'invenzione, in cui il sistema di raffreddamento da fermo secondo l'invenzione viene impiegato anche durante la marcia per coadiuvare la climatizzazione convenzionale. conformemente alla figura 3 un'umidificazione dell'aria di smaltimento in una unità di umidificazione 1 l'aria di smaltimento sovra essiccata dal Cockpit 2 del veicolo viene successivamente umidificato. Essa tramite un seguente scambiatore di calore 3 raffredda l'aria di alimentazione, che arriva con 30°C ed il 40% di umidità a 19,5°C per il 75% di umidità relativa e in tal modo riduce l'assorbimento di potenza della macchina frigorifera 4 in ragione di 20-25%.

Nella figura 3 il carico termico del veicolo marciante è di 1500 W. Anche qui sono riportate le rispettive temperature e l'umidità relativa dell'aria di alimentazione, dell'aria di scarico, della corrente d'aria a monte della macchina frigorifera 4, dell'aria fluente dalla macchina frigorifera 4 nel Cockpit 2 dell'aria affluente dal Cockpit 2 nell'unità di umidificazione 1 e dell'aria che dall'unità di umidificazione 1 fluisce verso lo scambiatore di calore 3. La portata dell'aria è di 240 Kg/h.

Per l'unità di umidificazione 1 degli esempi di realizzazione precedentemente descritti in base alle figure 1 fino a 3 in via di principio è possibile impiegare tutti i noti meccanismi di umidificazione come nebolizzatori a lastra, ugelli superfici bagnate ecc. E' particolarmente preferito l'impiego di una cosiddetta turbina di umidificazione. Nella turbina di umidificazione l'acqua raccolta dal convenzionale impianto climatizzatore e, oppure l'acqua dal serbatoio viene spruzzata nella forma di un getto sottile sulla girante rapidamente rotante della turbina. In tal caso essa viene proiettata centrifugamente verso l'esterno, nebulizzata a formare fini aerosol e vaporizzata. L'acqua non vaporizzata può essere raccolta nella coclea della turbina di umidificazione e riutilizzata.

Una unità di comando di regolazione non mostrata nelle figure 1 fino a 3 può essere realizzata per un comando rispettivamente una regolazione ottimale dell'intero consumo d'acqua oppure della potenza di raffreddamento del raffreddamento da fermo in dipendenza di determinati parametri, come temperatura esterna, temperatura effettiva nel cockpit, temperatura desiderata nel cockpit, quantità d'acqua raccolta dall'impianto climatizzatore nonché da valori caratteristici dell'autoveicolo. In collegamento funzionale con l'unità di comando di regolazione può stare una unità di programmazione o di telecomando, con cui è possibile selezionare determinate grandezze e, oppure svolgimento di processo del raffreddamento ad evaporazione. Può essere vantaggiosa la combinazione con un ventilatore a funzionamento solare per la disaerazione da fermo dell'abitacolo.

E' possibile evitare odori modesti oppure la formazione di una flora o fauna parassita nel serbatoio dell'acqua, in cui viene raccolta l'acqua di condensa dell'impianto climatizzatore, ad esempio mediante sterilizzazione a luce ultravioletta, riscaldamento del serbatoio ad oltre 60°C oppure mediante aggiunta di agenti chimici.

In via di principio il procedimento secondo l'invenzione, che raccoglie acqua di condensa ricavata in un convenzionale impianto climatizzatore, dalla deumidificazione dell'aria e con questa umidifica l'aria di alimentazione aspirata nell'abitacolo oppure l'aria di smaltimento per il raffreddamento ad evaporazione, può essere impiegato non soltanto per veicoli ma anche per sistemi stazionari, ad esempio per la climatizzazione di edifici.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per climatizzare un abitacolo di un autoveicolo, equipaggiato con un impianto climatizzatore convenzionale, specialmente da fermo, caratterizzato dal fatto che acqua di condensa, prodotta durante il funzionamento dell'impianto climatizzatore durante la marcia viene raccolta e l'aria di alimentazione addotta all'abitacolo oppure l'aria di smaltimento, estratta dall'abitacolo, viene umidificata con l'acqua raccolta, specialmente quando l'autoveicolo sta' fermo e quindi viene raffreddata mediante raffreddamento ad evaporazione, laddove in questo ultimo caso l'aria esterna aspirata viene preraffreddata tramite uno scambiatore di calore dall'aria di smaltimento raffreddata.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che aggiuntivamente l'aria di alimentazione addotta all'abitacolo oppure l'aria di smaltimento estratta prima della sua umidificazione viene sovraessicata mediante essiccazione ad aria.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'acqua accumulata nel corso essiccazione dell'aria viene espulsa termicamente e addotta all'acqua servente al raffreddamento ad evaporazione.
4. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che viene effettuato un comando rispettivamente regolazione di ottimizzazione dell'intero consumo d'acqua oppure della potenza di raffreddamento del raffreddamento da fermo, in dipendenza di determinati parametri, come temperatura esterna, temperatura desiderata dell'abitacolo, quantità d'acqua raccolta nonché valori caratteristici dell'autoveicolo.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedente, caratterizzato dal fatto che è previsto un serbatoio dell'acqua, la cui acqua può integrare o sostituire l'acqua raccolta nel corso della climatizzazione convenzionale .
6. 6. Impiego del procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti per coadiuvare un convenzionale impianto climatizzatore di autoveicolo durante la marcia dell'autoveicolo, laddove aria di smaltimento sovraessiccata prima di abbandonare il veicolo viene post umidificata e pre raffredda l'aria di alimentazione tramite lo scambiatore di calore.
7. 7. Dispositivo per attuare il procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che una turbina di umidificazione è prevista in un canale dell'aria che adduce l'aria all'abitacolo oppure scarica l'aria di smaltimento ed in cui l'acqua di condensa raccolta dall'impianto climatizzatore convenzionale e, oppure acqua dal serbatoio dell'acqua viene iniettata con fine getto sulla girante rapidamente rotante della turbina, in modo che essa viene proiettata centrifugalmente verso l'esterno, nebulizzata in fini goccioline e vaporizzata.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che acqua non vaporizzata viene raccolta nella coclea della turbina di umidificazione e riaddotta al processo.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 7 oppure 8, caratterizzato dal fatto che è prevista una unità di comando rispettivamente di regolazione in collegamento di processo con il circuito dell'acqua e circuito di raffreddamento che ottimizza il consumo di acqua complessivo oppure comanda rispettivamente regola la potenza di raffreddamento della climatizzazione da fermo in dipendenza di determinati parametri, come temperatura esterna, temperatura desiderata dell'abitacolo, quantità d'acqua raccolta nonché valori caratteristici dell'autoveicolo.
10. 10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 7 fino a 9, caratterizzato dal fatto che una unità di telecomando di programmazione si trova in collegamento funzionale con l'unità di comando rispettivamente di regolazione per selezionare determinate grandezze di processo e, oppure svolgimento di processo di raffreddamento ad evaporazione.
11. 11. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 7 fino a 10, caratterizzato dal fatto che un dispositivo di sterilizzazione sottopone ad una sterilizzazione l'acqua nel serbatoio per impedire odori molesti oppure la diffusione di germi patogeni.
12. 12. Dispositivo secondo una delle rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che la sterilizzazione avviene mediante radiazione UV oppure riscaldamento dell'acqua nel serbatoio ha oppure oltre 60°C.