ITRM980447A1

ITRM980447A1 - Procedimento per il controllo della temperatura dell'evaporatore di un climatizzatore in dipendenza dal punto di rugiada esterno

Info

Publication number: ITRM980447A1
Application number: IT000447A
Authority: IT
Inventors: Herbert Wieszt
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-01-03
Also published as: FR2765673A1; ITRM980447A0; US6029466A; DE19728578A1; JP3154102B2; IT1299546B1; DE19728578C2; JPH11159826A; FR2765673B1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "'PROCEDIMENTO PER IL CONTROLLO DELLA TEMPERATURA DELL'EVAPORATORE DI UN CLIMATIZZATORE IN DIPENDENZA DAL PUNTO DI RUGIADA ESTERNO'

L'invenzione concerne un procedimento per il controllo della temperatura dell'evaporatore di un impianto di climatizzazione in funzione del punto di rugiada esterno in cui si determina la temperatura dell'aria e la temperatura del punto di rugiada dell'aria di alimentazione aspirata da un ambiente esterno da parte dell'impianto'di climatizzazione per il condizionamento dell'aria di un abitacolo e, da valori nominali predefiniti della temperatura dell'abitacolo, si rileva una temperatura di esigenza dell'evaporatore priva di controriscaldamento.

L'espressione ‘'controllo1 va intesa, in questo caso, nel suo senso più lato e comprende così, oltre a controlli veri é · propri senza reazione, anche regolazioni in cui la ripercussione dell'accorgimento di controllo sulla temperatura dii'evaporatore stessa oppure sulle grandezze misurate influenzate da esso, come la temperatura dell'aria di alimentazione condotta tramite l'evaporatore e scaricata nell'abitacolo ecc., viene rilevata mediante sensori e accoppiata a reazione ad una unità di regolazione. La temperatura di esigenza dell'evaporatore priva di controriscaldamento, rilevata dai valori nominali predefiniti della temperatura dell'abitacolo, è data dal valore su cui dovrebbe essere impostata la temperatura dell'evaporatore quando l'aria di alimentazione immessa nell'abitacolo dev'essere portata a regime in modo tale che venga ancora esaudita appunto anche il più basso, eventualmente, di più valori nominali prestaniliti, eseguiti da parte dell'utilizzatore su un impianto di climatizzazione ad uno o a più canali per la temperatura dell'abitacolo in diverse zone dell'abitacolo senza aver bisogno, dall'altro lato, di un controriscaldamento per mezzo di un elemento riscaldante collocato a valle dell'evaporatore come avviene in caso di temperature dell'evaporatore basse rispetto alla temperatura di esigenza così definita.

Procedimenti di questo tipo vengono impiegati in particolare -in impianti di climatizzazione di autoveicoli. Tradizionalmente, ivi vengono impiegati, durante il servizio di raffreddamento, sostanzialmente due tipi di servizi. In un primo tipo di servizio, la temperatura dell'evaporatore viene impostata sulla temperatura di esigenza dell'evaporatore priva di controriscaldamento, rilevata dai valori nominali prestabiliti della temperatura dell'abitacolo in modo che non sia necessario un controriscaldamento e, pertanto, il consumo di energia sia minimo. In alcune situazioni di servizio si manifesta però una tendenza sgradita all'appannamento dei vetri. Per prevenire ciò è previsto, come secondo tipo di servizio, un cosiddetto servizio di postriscaldo o di controriscaldamento in cui la temperatura dell'evaporatore viene impostata su un valore termico così basso da fare in modo che l'umidità proveniente dall'aria aspirata si condensi sull'evaporatore e, in questo modo, l'aria di alimentazione asciutta può essere scaricata nell'abitacolo. Siccome, in questo caso, la temperatura dell’evaporatore è inferiore alla temperatura di esigenza dello stesso priva di controriscaldamento, corrispondente ai valori nominali prestabiliti della temperatura dell'abitacolo, viene attivato il dispositivo di controriscaldamento per la compensazione di questa differenza di temperatura. Questo tipo di servizio è collegato, di conseguenza, ad un maggiore dispendio di energia.

In un procedimento noto dalla domanda di brevetto tedesca pubblicata DE 36 24 171 per l'azionamento di un impianto di riscadiamento e/o di un impianto di climatizzazione di un autoveicolo viene rilevata, per mezzo di corrispondenti sensori termici e di umidità, la temperatura e l'umidità dell'aria dell'abitacolo e/o dell'aria di alimentazione aspirata dall'ambiente esterno e le si utilizza per la regolazione della climatizzazione dell'abitacolo. In questo caso, per mezzo di una coppia di sensori termici e di umidità disposti nelle vicinanze dei vetri, si riconosce e, mediante controaccorgimenti, si evita anche una minaccia di discesa al di sotto del punto di rugiada sul lato interno dei vetri del veicolo che contiene una maggiore ventilazione del lato interno dei vetri con aria di alimentazione aspirata dall'ambiente esterno oppure, nel servizio di ricircolazione d'aria, con l'aria prelevata dall'abitacolo dove l'aria di scarico viene condizionata in modo appropriato mediante riscaldamento e/o deumidificazione.

Nella domanda di brevetto tedesca pubblicata DE 37 24 430 Al è descritto un impianto di climatizzazione per autoveicoli, il quale è azionabile nei due tipi di servizi relativi alla regolazione scorrevole del freddo, da un lato, e al sevizio di postriscaldo, dall'altro lato. Fin quando la temperatura dell'aria di alimentazione è superiore alla temperatura nominale dell'abitacolo, la climatizzazione dell'abitacolo avviene tramite la regolazione scorrevole del freddo in cui l'aria scaricata nell'abitacolo viene impostata, tramite appropriato controllo della temperatura dell'evaporatore, mediante inserimento e disinserimento di un compressore situato nel circuito del freddo dell'evaporatore, sul valore termico con cui l'aria scaricata nell'abitacolo può essere mantenuta proprio sulla sua temperatura corrispondente ai valori nominali prestabiliti della temperatura dell'abitacolo senza la necessità di un controriscadalemento. Se la temperatura dell'aria di alimentazione oscilla tra 0°C e la temperatura nominale dell'abitacolo, la climatizzazione avviene in un servizio di postriscaldo moderato in cui la temperatura dell'evaporatore viene impostata su un valore nominale variabile che viene fissato in funzione della temperatura dell'ària di alimentazione e del valore nominale prestabilito della temperatura dell'abitacolo· In questo caso, il controriscaldamento avviene in funzione della differenza di regolazione della temperatura dell'abitacolo, e la temperatura dell'evaporatore viene impostata in modo da risultare sempre inferiore alla temperatura dell'aria di alimentazione per una misura pari ad un valore costante predefinito di, ad esempio, 6°C: In questo caso, le temperature del punto di rugiada dell'aria di alimentazione e dell'aria dell'abitacolo rimangono inosservate.

Ad esempio, dalla domanda di brevetto tedesca pubblicata DE 195 17 336 Al è noto limitare il valore nominale della temperatura dell'evaporatore, in un impianto di climatizzazione di autoveicolo, ad un valore massimo predefinibile.

L'invenzione si prefigge, come problema tecnico, l'approntamento di un procedimento del tipo citato all'inizio con cui ottenere una climatizzazione dell'abitacolo comparativamente poco dispendiosa dal punto di vista energetico e, allo stesso tempo, prevenire la comparsa di molesti effetti di condenzazione, in particolare di un appannamento esterno dei vetri nel caso di un impianto di climatizzazione per autoveicoli.

L’invenzione risolve questo problema con l'approntamento di un procedimento con le caratteristiche della rivendicazione 1. In questo procedimento, la temperatura dell'evaporatore viene impostata su un valore nominale che viene scelto entro limiti di temperatura predefinibili come il valore minore della temperatura di esigenza dell'evaporatore priva di controriscaldamento rilevata dai valori nominali predefiniti della temperatura dell'abitacolo, da un lato, e della differenza di temperatura d'aria meno la temperatura del punto di rugiada dell'aria di alimentazione aspirata dall'ambiente esterno, immessa nell'abitacolo, dall'altro lato. In caso di elevata umidità dell'aria nell'abiente esterno, la temperatura dell'aria e la temperatura del punto di rugiada dell'aria di alimentazione hanno, all'incirca, la stessa grandezza, per cui la differenza è pari a 0°C circa e quindi è inferiore alla temperatura di esigenza dell'evaporatore. Successivamente, la temperatura dell'evaporatore viene impostata, in questa situazione, pure su un valore nominale vicino a 0°C, dove il valore nominale viene limitato, opportunamente, verso il basso mediante una temperatura minima antighiaccio predefinibile per impedire manifestazioni di formazione di ghiaccio sgradite sull'evaporatore. In questo modo, l'evaporatore viene posto, in presenza di elevata umidità esterna, su deumidificazione massima per cui, ad esempio ih caso di impiego in un impianto di climatizzazione per autoveicoli, si evita in modo affidabile un appannamento dei vetri. Se ciò compare con un raffreddamento dell'aria di alimentazione aspirata, troppo forte per la temperatura dell'abitacolo auspicata, ciò viene compensato mediante controriscaldamento. In caso di bassa umidità dell'aria esterna, la differenza tra temperatura dell'aria e temperatura del punto di rugiada dell'aria di alimentazione aumenta e il valore nominale della temperatura dell'evaporatore viene adeguatamente aumentato in modo da aver bisogno di meno potenzialità controriscaldante e da risparmiare energia. Non appena questa differenza di temperatura raggiunge il valore della temperatura di esigenza dell'evaporatore corrispondente ai valori più piccoli eventualmente tra più valori nominali prestabilti della temperatura dell'abitacolo, il valore nominale della temperatura dell'evaporatore viene posto su questo valore di temperatura di esigenza e non è più necessario alcun controriscaldamento .

In un procedimento ulteriormente sviluppato secondo la rivendicazione 2, il valore nominale della temperatura dell'evaporatore viene limitato verso l'alto mediante una temperatura massima predefinibile per l'inibizione di odori, la quale, generalmente, è inferiore alla massima temperatura di per sè possibile e viene predefinita in modo che gli odori dell'evaporatore, che vengono prodotti dal cambio tra stato asciutto e stato bagnato della superficie dell'evaporatore, non compaiano in modo sproporzionato.

Una forma di esecuzione preferita dell'invenzione è illustrata nel disegno e viene descritta in seguito.

La figura unica mostra un diagramma di lavoro di un procedimento per il controllo della temperatura dell'evaporatore di un impianto di climatizzazione in funzione delpunto di rugiada esterno.

Il procedimento illustrato nelle sue fasi essenziali nella figura è adatto in particolare per impianti di climatizzazione di autoveicoli con una struttura tradizionale che comprende un circuito del freddo con un compressore inseribile e -disinseribile oppure regolabile, dal punto di vista della sua potenzialità, o gradatamente o in modo continuo e con un evaporatore·. In un tipo di struttura commerciabile, l'evaporatore si trova, insieme ad un filtro antipolvere/antipolline, ad un filtro a carboni attivi, ad un elemento riscaldante impiegato, fra l'altro, per il controriscaldamento, ad esempio sotto forma di un trasmettitore di ' calóre oppure di un elemento riscaldante elettrico, e con elementi di regolazione a cerniera per il controllo della portata dell'aria e della direzione del flusso d'aria, in un condizionatore d'aria disposto in corrispondenza di un cruscotto di automobile Un apparecchio di comando dell'aria condizionata funge da unità di comando e rispettivamente di regolazione, dove esso attiva in particolare il compressore e l'elemento riscaldante in funzione di impostazioni eseguite da parte dell <1>utilizzatore su una unità di manovra in modo da raggiungere l'effetto di climatizzazione desiderato per l'abitacolo del veicolo. Come ulteriori grandezze di entrata rilevanti a questo scopo, all'apparecchio di manovra dell'aria condizionata si inviano i diversi segnali di uscita di un relativo sistema di sensori dell'impianto di climatizzazione.

Per il presente procedimento si utilizza in particolare un sensore per la misurazione della temperatura TA dell'aria di alimentazione aspirata, cioè della temperatura esterna, un sensore per la misurazione della temperatura dell'evaporatore Tv, un sensore per la misurazione della temperatura dell'elemento riscaldante collocato a valle dell'evaporatore e un sistema sensibile alla temperatura del punto di rugiada esterno. Quest'ultimo può essere costituito, in modo tradizionale, da un sensore unificato del punto di rugiada oppure da una combinazione del sensore della temperatura dell'aria e del sensore di umidità e serve a rilevare la temperatura del punto di rugiada TP dell'aria esterna, cioè dell'aria di alimentazione aspirata, dove questo rilevamento può essere eseguito dal sistema di sensori stesso oppure dall 'apparecchio di comando dell'aria condizionata dietro appropriata interpretazione delle informazioni relative alla temperatura dell'aria e all'umidità della stessa. Il posizionamento usuale per un sensore di temperatura esterna si trova, ad esempio, sulla parte anteriore del veicolo e quello per un sensore di temperatura del punto di rugiada esterno si trova sul canale aspirante dell'aria di alimentazione che dal condizionatore d'aria porta, tipicamente, nella zona esterna avanti al parabrezza.

Di regola, il compressore frigorifero è accoppiato meccanicamente con il motore di azionamento del veicolo e può essere comandato, dal punto di vista della sua potenzialità volumetrica, dall'apparecchio di comando dell'aria condizionata, ad esempio mediante semplice inserimento e disinserimento cadenzato oppure mediante variazioni di portata continue o graduali. Siccome la potenza del compressore determina, a sua volta, l'effetto refrigerante dell'evaporatore, l'apparecchio di manovra dell'aria condizionata invia un segnale di regolazione di potenza al compressore che rappresenta ; un valore termico predefinito dell'evaporatore TKV di volta in volta relativo. Allo stesso tempo, l'apparecchio di comando dell'aria condizionata rileva, secondo <' >il procedimento secondo l'invenzione illustrato più dettagliatamente in seguito con riferimento alla figura, un valore nominale della temperatura dell'evaporatore Tvs adattato di volta in volta alla situazione momentanea sul quale esso cerca di impostare, mediante corrispondente attivazione del compressore, il valore reale della temperatura dell'evaporatore Tv che viene addotto ad essa attraverso il segnale di uscita del sensore di temperatura dell'evaporatore. Allo stato impostato, il valore della temperatura predefinita dell'evaporatore TKV per il compressore è, di conseguenza, uguale alla temperatura dell'evaporatore Tv e questa, a sua volta, è uguale al suo valore nominale TVs/ cioè TVS=TKV·

Caratteristicamente, nell'apparecchio di comando dell'aria condizionata per la scelta del rispettivo valore nominale della temperatura dell'evaporatore Tvs è implementato il procedimento illustrato nella figura. Questo comprende, dopo una fase di partenza 1 in una fase successiva 2, la lettura dei valori necessari del sensore e del regolatore, cioè dei diversi segnali di uscita del sistema di sensori dell'impianto di climatizzazione nonché delle diverse impostazioni eseguite da parte dell'utilizzatore sull'unità di comando. In una fase successiva 3, l'apparecchio di climatizzazione determina un valore nominale provvisorio Tws della temperatura dell'evaporatore. A questo scopo si rileva prima la temperatura del punto di rugiada TP dell'aria di alimentazione direttamente tramite la lettura del segnale di uscita di un sensore del punto di rugiada esterno oppure dai segnali di uscita di un sensore di temperatura dell'aria di alimentazione e di un sensore di umidità dell'aria di alimentazione. Parallelamente a questo, viene letto un valore di temperatura di esigenza dell'evaporatore TVA rilevato da una parte del regolatore dell'aria condizionata dell'apparecchio di comando di detta aria condizionata. Questa temperatura di esigenza dell'evaporatore TVA è il valore di temperatura che l'evaporatore dovrebbe avere per raffreddare l'aria di alimentazione aspirata dall'ambiente esterno e scaricata nell'abitacolo senza accorgimento di controriscaldamento proprio sul più basso, eventualmente, dei più valori nominali della temperatura dell'abitacolo predefiniti da parte dell'utilizzatore. Poi si calcola la differenza TA-TP tra la temperatura misurata dell'aria TA e la temperatura del punto di rugiada TP dell'aria di alimentazione ■e la si confronta con la temperatura di esigenza dell'evaporatore TVA rilevata. Come valore nominale provvisorio della temperatura dell'evaporatore Tyvs si sceglie poi il più piccolo di questi due valori, cioè il valore nominale provvisorio TVs della temperatura dell<1 >evaporatore viene determinato dal rapporto Tw = min(TVA» <T>A“TP). Se il valore nominale provvisorio TWs della temperatura dell'evaporatore così determinato è inferiore ad una temperatura minima antighiaccio prestabilita, esso viene posto su quest <1>ultima. In questo modo, il valore nominale provvisorio Tws della temperatura dell’evaporatore viene limitato verso il basso ad una temperatura minima, prevista in modo da evitare manifetazioni sgradite di formazione di ghiaccio sull'evaporatore.

Successivamente, in una fase di interrogazione 4 si controlla se il valore nominale provvisorio TWR della temperatura dell'evaporatore così rilevato è maggiore di una temperatura massima prestabilita TVG di inibizione degli odori. In caso affermativo, il valore nominale provvisorio Tws della temperatura dell'evaporatore viene posto, in modo limitativo verso l'alto, su questa temperatura massima prestabilita TVG di inibizione degli odori (fase 5). Queta temperatura massima è fissata, in questo caso, in modo che gli odori dell’evaporatore, che possono presentarsi principalmente durante il cambio tra lo stato bagnato e lo stato asciutto della superficie dell'evaporatore e in particolare in presenza di temperature dell'evaporatore più alte, non superino una certa misura di tollerabilità.

Successivamente, il valore nominale TVG della temperatura dell'evaporatore atto, in definitiva, alla regolazione della temperatura dell'evaporatore, viene posto, in modo limitativo verso l'alto, sul valore nominale provvisorio Tvvs della temperatura dell'evaporatore (fase 6) inferiore alla temperatura massima TVG di inibizione degli odori, oppure viene fissato, eventualmente, su questa in modo limitativo verso l'alto. L'apparecchio di comando dell'aria condizionata emette poi al compressore il segnale di regolazione della potenza corrispondente a questo valore nominale Tvs della temperatura dell'evaporatore dal punto di vista del suo valore di temperatura pretabilito TRV dell'evaporatore. Questo modo di procedere viene ripetuto ciclicamente mediante ritorno a prima della fase 2 del decorso del procedimento mostrato.

Con questo procedimento per il controllo della temperatura dell'evaporatore in funzione del punto di rugiada esterno si evita un appannamento di vetri del veicolo, in particolare anche sul loro lato esterno, attraverso la climatizzazione dell'abitacolo e, allo stesso tempo, la climatizzazione ha luogo con dispendio di energia relativamente basso. In caso di elevata umidità esterna, la temperatura del punto di rugiada Tp dell'aria di alimentazione corrisponde, all'incirca, alla temperatura TA dell'aria di alimentazione, in modo che la differenza è di circa 0°C. Siccome la temperatura di esigenza dell'evaporatore TVA normalmente è nettamente superiore, in questa situazione si sceglie, per il funzionamento dell'evaporatore secondo il procedimento, un valore nominale della temperatura dell'evaporatore vicino a 0°C che eventualmente è limitato verso il basso alla temperatura minima antighiaccio. Ciò significa che l'evaporatore è impostato su potenzialità deumidificante massima in modo che, malgrado l'elevata umidità dell'aria esterna, si eviti in modo affidabile un appannamento dei vetri del veicolo. La differenza tra il valore nominale fornito per l'ottenimento della temperatura desiderata dell'abitacolo per l'aria di alimentazione da immettere nell'abitacolo e la temperatura dell'aria di alimentazione, inferiore rispetto ad essa a causa della massima potenzialità dell'evaporatore al lato di uscita dell'evaporatore, viene compensata mediante corrispondente attivazione del dispositivo di controriscaldamento. In fasi di servizio con bassa umidità dell'aria esterna, la differenza TA-TP tra la temperatura dell'aria TA e la temperatura del punto di rugiada Tp dell'aria di alimentazione aumenta, invece, in modo tale che, di conseguenza, il valore nominale provvisorio Tws della temperatura dell'evaporatore e quiindi anche il valore nominale effettivo TVs della temperatura dell'evaporatore possano aumentare adeguatamente in modo da utilizzare meno energia per il controriscaldamento, evitando con sicurezza l'appannamento dei vetri. In questo caso, il valore nominale TVs della temperatura dell'evaporatore rimane limitato verso l'alto alla temperatura massima di inibizione degli odori per evitare odori sgraditi dell'evaporatore nell'abitacolo. Se la differenza TA-TP tra la temperatura dell'aria TA e la temperatura del punto di rugiada TP dell'aria di alimentazione supera il valore della temperatura di esigenza dell'evaporatore TVA, quest'ultimo viene impiegato come valore nominale TVs della temperatura dell'evaporatore, dopo di che, per definizione, non è necessaria nessun'altra attività di controriscadamento per ottenere la temperatura dell'abitacolo desiderata in modo che la climatizzazione dell'abitacolo, in queste situazioni, viene realizzata con minimo dispendio di energia .

La descrizione precedente di un esempio di esecuzione vantaggioso mostra che con il procedimento secondo l'invenzione si può controllare la temperatura dell'evaporatore di un impianto di climatizzazione in funzione del punto di rugiada esterno in modo che la climatizzazione dell'abitacolo possa aver luogo con meno dispendio di energia possibile e, allo stesso tempo, senza la comparsa di molesti effetti di condensazione. E' evidente che, in ciascun impianto di climatizzazione, oltre al procedimento secondo l'invenzione, si possono prevedete altri procedimenti funzionali più appropriati per ulteriori situazioni tra cui poter scegliere con una corrispondente commutazione del tipo di comando. Inoltre è chiaro che il procedimento secondo l'invenzione non è limitato all'impiego negli impianti di climatizzazione per autoveicoli ma si adatta a tutti gli impianti di climatizzazione con un circuito di refrigerante compressore-evaporatore in cui viene aspirata aria di alimentazione da un ambiente eterno e, dopo appropriato condizionamento, viene scricata in un abitacolo da climatizzare, dove gli accorgimenti di modificazione necessari rispetto all'esempio precedente per ciascun caso d'impiego sono senz'altro evidenti per l'esperto. La temperatura massima di inibizione degli odori può essere scelta, in caso di bisogno, in modo variabile in funzione della situazione e, naturalmente, può essere fissata anche in funzione di ciascun sistema di impianto di climatizzazione. Una scelta tipica per la temperatura massima TVA di inibizione degli odori è, ad esempio, quasi pari a 12°C.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il controllo della temperatura dell'evaporatore di un impianto di climatizzazione in funzione del punto di rugiada esterno, in particolare di un impianto di climatizzazione per autoveicoli, in cui - viene determinata la .temperatura dell'aria (TA) e la temperatura del punto di rugiada (TP) dell'aria di alimentazione aspirata da un ambiente esterno dall'impianto di climatizzazione per il condizionamento dell'aria di un abitacolo e - da valori di soglia predefiniti della temperatura dell'abitacolo si rileva una temperatura di esigenza dell'evaporatore (TVA) priva di controriscaldamento caratterizzato dal fatto che la temperatura dell'evaporatore (Tv) viene impostata su un valore nominale (TVs) che, entro limiti di temperatura prestabiliti, viene scelto come il valore minore della temperatura di esigenza dell'evaporatore (TVA), da un lato, e della differenza della temperatura dell'aria (TA) meno la temperatura del punto di rugiada (TP) dell'aria di alimentazione, dall'altro lato.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il valore nominale (Tvs) della temperatura dell'evaporatore viene limitato verso il basso da una temperatura massima predefinibile, atta ad evitare odori.