ITUB20155855A1 - Sistema di condizionamento, in particolare per applicazioni in veicoli elettrici - Google Patents

Description

"SISTEMA DI CONDIZIONAMENTO, IN PARTICOLARE PER APPLICAZIONI IN VEICOLI ELETTRICI"

Campo dell<1>invenzione

La presente invenzione è relativa a un sistema di condizionamento, in particolare per applicazioni in veicoli elettrici.

Descrizione della tecnica anteriore

I veicoli elettrici sono problematici da condizionare durante l'inverno. In effetti, mentre i veicoli tradizionali, dotati di motori a combustione, hanno una grande quantità di calore espulso dal motore a combustione sfruttabile per riscaldare l'abitacolo dei veicoli, i veicoli elettrici non dispongono di una fonte di calore equivalente.

È ben noto che i sistemi di condizionamento sono in grado di sottrarre calore da uno spazio chiuso per disperderlo nell'ambiente esterno secondo un circuito di refrigerazione e che possono invertire il loro funzionamento fornendo calore, sottratto dall'ambiente esterno, a uno spazio chiuso secondo un cosiddetto funzionamento a "pompa di calore".

Durante il funzionamento a pompa di calore, lo scambiatore esterno, tipicamente uno scambiatore di fluido/aria, svolge il ruolo dell'evaporatore che "assorbe" dall'ambiente .

Tuttavia, quando la temperatura dell'ambiente esterno è bassa, la brina ottura le alette dell'evaporatore riducendo le prestazioni di scambio dell'evaporatore e anche l'efficienza del sistema di condizionamento cala. Secondo la tecnica nota, le prestazioni dell'evaporatore possono essere incrementate durante l'inverno attraverso riscaldatori elettrici disposti a contatto con le superfici dell'evaporatore per far sciogliere la brina e liberare le alette dell'evaporatore.

L'efficienza dei resistori, come è noto, è ridotta, perciò, l'efficienza complessiva del sistema è ridotta, anche se l'evaporatore è in grado di funzionare grazie ai riscaldatori elettrici.

Riepilogo dell'invenzione

Pertanto, lo scopo principale della presente invenzione è fornire un sistema di condizionamento in grado di superare/ridurre i problemi/inconvenienti di cui sopra derivanti dall'uso di riscaldatori elettrici a contatto con l'evaporatore durante il funzionamento a pompa di calore.

Il principio basilare dell'invenzione consiste nell'introdurre una valvola controllabile tra l'evaporatore e il compressore per mantenere una pressione di evaporazione sufficientemente elevata all'interno dell'evaporatore da aumentare il coefficiente di prestazione (OOP) della pompa di calore e ridurre l'uso di fonti di calore aggiuntive. Nel seguito, con "evaporatore" si intende lo scambiatore di calore disposto nell'ambiente esterno durante la modalità pompa di calore del ciclo termodinamico .

Tale valvola controllabile contribuisce a mantenere la pressione di evaporazione al di sopra di una pressione di soglia minima predeterminata mediante la regolazione della valvola controllabile. Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, una tale valvola controllabile è controllata soltanto in base alla pressione dell'evaporatore in corrispondenza dell'uscita dell'evaporatore o anche in funzione della temperatura dell'ambiente esterno.

Secondo un metodo di controllo, quando la pressione di evaporazione è al di sopra di una soglia predeterminata, la valvola rimane aperta. Quando cala la temperatura dell'ambiente esterno, cala anche la pressione di evaporazione e la capacità di aspirazione del compressore supera il volume di vapore prodotto dall'evaporatore; perciò, secondo la presente invenzione, la valvola si chiude gradualmente, strozzando il collegamento tra l'uscita dell'evaporatore e l'ingresso del compressore, e la pressione di evaporazione sale almeno fino al raggiungimento di detta soglia predeterminata.

Grazie alla presente invenzione, si ottengono almeno due vantaggi principali:

- l'aumento della potenza di riscaldamento della pompa di calore e di conseguenza del coefficiente di prestazione termico,

una buona regolazione della pressione di evaporazione a prescindere dalla temperatura dell'ambiente esterno.

Questi e ulteriori obiettivi sono conseguiti per mezzo delle rivendicazioni allegate, che descrivono forme di realizzazione preferite dell'invenzione, che fanno parte integrante della presente invenzione.

Breve descrizione dei disegni

L'invenzione risulterà del tutto chiara dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a titolo di esempio puramente illustrativo e non limitativo, da leggere facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

- la figura 1 mostra uno schema semplificato di una pompa di calore secondo la presente invenzione,

- la figura 2 mostra la combinazione di detto schema semplificato della figura 1 con un sistema di ventilazione di un veicolo.

Nelle figure, numeri e lettere di riferimento uguali indicano parti uguali o funzionalmente equivalenti.

Secondo la presente invenzione, l'espressione "secondo elemento" non implica la presenza di un "primo elemento", primo, secondo, ecc. sono utilizzati soltanto per migliorare la chiarezza della descrizione e non dovrebbero essere interpretati in modo limitativo.

Descrizione dettagliata delle forme di realizzazione preferite

La figura 1 mostra un classico schema di un circuito di refrigerazione modificato secondo la presente invenzione,

Il circuito è destinato a fungere da pompa di calore anche se è possibile implementare una valvola a quattro vie nota per invertire il ciclo termodinamico facendolo fungere da refrigeratore (modalità refrigeratore) invece che da pompa di calore (modalità pompa di calore).

L'evaporatore è destinato a essere installato esternamente per estrarre calore dall'ambiente esterno, mentre il condensatore è destinato a essere installato in un vano o abitacolo di veicolo per riscaldare il medesimo.

Un compressore aspira la fase vapore dall'evaporatore e la comprime all'interno del condensatore e, come da prassi, tra il condensatore e l'evaporatore viene disposta una valvola di laminazione LV. Secondo la presente invenzione, una valvola controllabile CV è installata tra l'uscita dell'evaporatore e l'ingresso del compressore allo scopo di controllare la pressione all'interno dell'evaporatore .

Secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione, la valvola controllabile è asservita a un sensore di pressione PS installato in corrispondenza dell'uscita dell'evaporatore.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, lo scambiatore di calore all'interno del vano o dell'abitacolo di veicolo, ossia il condensatore (modalità pompa di calore), è del tipo fluido refrigerante/aria. Secondo un'altra forma di realizzazione preferita dell'invenzione, invece, detto scambiatore di calore all'interno del vano o dell'abitacolo di veicolo è del tipo fluido/acqua, preferibilmente con piastra brasata. L'acqua è fatta circolare da una pompa dell'acqua in un circuito ausiliario avente uno scambiatore di calore ausiliario del tipo acqua/aria. Detto scambiatore di calore ausiliario è preferibilmente accoppiato con una o più ventole o con un sistema di circolazione dell'aria. Questa forma di realizzazione trova un'applicazione favorevole nei veicoli elettrici, in special modo gli autobus, in cui l'abitacolo ha un volume significativo.

Il mezzo ausiliario è indicato in figura 2 come acqua, tuttavia potrebbe essere acqua con additivi adatti e noti, pertanto il mezzo ausiliario è una soluzione salina.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, la valvola controllabile CV è controllata soltanto secondo le misurazioni del sensore di pressione PS.

Secondo un'altra forma di realizzazione preferita dell'invenzione, tale valvola controllabile CV è controllata in funzione della pressione in corrispondenza dell'uscita dell'evaporatore, monitorata dal sensore di pressione PS, e della temperatura dell'ambiente esterno, monitorata da un sensore di temperatura, non mostrato. Pertanto, l'azionamento della valvola di controllo può essere controllato verso posizioni di strozzamento graduali a seconda del calo di temperatura dell'ambiente esterno.

Un'unità di controllo, non mostrata, controlla il compressore, l'eventuale pompa dell'acqua che fa circolare il mezzo ausiliario (soluzione salina), e può essere programmata per controllare inoltre la valvola controllabile secondo quanto descritto precedentemente.

Da un punto di vista di metodo, la presente invenzione corrisponde al controllo della pressione all'interno dell'evaporatore attraverso il controllo del deflusso di fluido refrigerante. In particolare, il deflusso è controllato allo scopo di mantenere la pressione all'interno dell'evaporatore al di sopra di una pressione di soglia minima predeterminata.

Si comprenderà che non vi è incongruenza se il fluido viene denominato "fluido refrigerante" e il ciclo è eseguito per riscaldare un vano o un abitacolo di veicolo, poiché "refrigerante" o "frigorigeno" è un attributo convenzionale per il fluido, la sostanza o la miscela utilizzati in una pompa di calore e/o in cicli di refrigerazione. R4Q1A, e da R410A a R502 sono i fluidi più comuni implementati nei sistemi di condizionamento incluso il presente.

La presente invenzione può essere implementata vantaggiosamente in un programma informatico comprendente mezzi di codice di programma per eseguire una o più fasi di tale metodo, quando tale programma è eseguito su un computer. Per questo motivo, il brevetto copre anche tale programma informatico e il supporto leggibile da computer che comprende un messaggio registrato, tale supporto leggibile da computer comprendendo i mezzi di codice di programma per eseguire una o più fasi di tale metodo, quando tale programma è eseguito su un computer.

Molti cambiamenti, modifiche, varianti e altri usi e applicazioni dell'invenzione in oggetto risulteranno evidenti agli esperti nella tecnica dopo aver considerato la descrizione e i disegni allegati che descrivono sue forme di realizzazione preferite. Tutti questi cambiamenti, modifiche, varianti e altri usi e applicazioni che non si allontanano dall'ambito di protezione dell'invenzione sono considerati coperti dalla presente invenzione.

Si dovrebbe comprendere che tutte le singole caratteristiche e/o forme di realizzazione possono essere combinate tra loro. In aggiunta, le caratteristiche descritte nello stato della tecnica anteriore sono introdotte soltanto per una migliore comprensione dell'invenzione e non come una dichiarazione circa l'esistenza di tecnica anteriore nota. Pertanto, anche le caratteristiche descritte nello stato della tecnica anteriore possono essere considerate insieme a quelle menzionate in ogni forma di realizzazione della descrizione dettagliata.

Non saranno descritti ulteriori dettagli di implementazione, dato che l'esperto nella tecnica è in grado di realizzare l'invenzione a partire dall'insegnamento della descrizione di cui sopra.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di condizionamento, in particolare per applicazioni in veicoli elettrici, definito da un circuito chiuso in cui circola fluido refrigerante, il circuito comprendendo un primo scambiatore di calore (evaporatore) destinato a essere installato nell'ambiente esterno, un secondo scambiatore di calore (condensatore) destinato a essere installato in un vano o in un abitacolo di veicolo, - un compressore disposto tra detto primo e detto secondo scambiatore di calore e una valvola di laminazione (LV) disposta simmetricamente al compressore tra detto primo e detto secondo scambiatore di calore, il sistema di condizionamento essendo caratterizzato dal fatto che detto circuito comprende una valvola controllabile (CV) disposta tra detto primo scambiatore di calore (evaporatore) e detto compressore allo scopo di mantenere una pressione di fluido all'interno di detto primo scambiatore di calore al di sopra di una pressione di soglia minima predeterminata, quando detto primo scambiatore di calore funge da evaporatore (modalità pompa di calore).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un sensore di pressione (PS) disposto all'interno di detto evaporatore o in corrispondenza dell'uscita di detto evaporatore allo scopo di controllare detta valvola controllabile di conseguenza.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, comprendente inoltre mezzi di controllo configurati per controllare almeno detto compressore e detta valvola controllabile almeno in base a una misurazione di detto sensore di pressione.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre un sensore di temperatura disposto nell'ambiente esterno per misurarne la temperatura, e in cui detti mezzi di controllo sono configurati per controllare detta valvola controllabile anche sulla base di una misurazione di detto sensore di temperatura.
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi per invertire tale ciclo termodinamico allo scopo di far fungere da condensatore detto primo scambiatore di calore e da evaporatore detto secondo scambiatore di calore (modalità refrigeratore) .
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo scambiatore di calore è del tipo fluido refrigerante/aria o in cui detto secondo scambiatore di calore è del tipo fluido refrigerante/acqua.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, in cui detto secondo scambiatore di calore è del tipo fluido refrigerante/acqua e il sistema comprende un circuito ausiliario comprendente inoltre uno scambiatore di calore ausiliario e una pompa dell'acqua per far circolare detta acqua.
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui una o più ventole o un sistema di circolazione dell'aria sono accoppiati con detto scambiatore di calore ausiliario.
9. 9. Metodo per 1'azionamento di un sistema di condizionamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 8, comprendente la fase di mantenere una pressione all'interno di detto primo scambiatore di calore, che funge da evaporatore, al di sopra di una soglia di pressione predeterminata.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre la fase di azionare tale controllo in funzione della temperatura dell'ambiente esterno.
11. 11. Programma informatico comprendente mezzi di codice di programma informatico atti a eseguire tutte le fasi della rivendicazione 8 o 9, quando detto programma è eseguito su un computer.
12. 12. Supporto leggibile da computer avente un programma registrato in esso, detto supporto leggibile da computer comprendendo mezzi di codice di programma informatico atti a eseguire tutte le fasi della rivendicazione 8 o 9, quando detto programma è eseguito su un computer.
13. 13. Veicolo elettrico caratterizzato dal comprendere un sistema di condizionamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 8.