MX2008002417A - Sistema combinado de calefaccion y acondicionamiento de aire para autobuses que utilizan un compresor electrificado que tiene una unidad modular de alta presion. - Google Patents

Abstract

Se provee un sistema HVAC para la calefacción y refrigeración de un compartimiento de pasajeros de un vehículo. Un primer intercambiador térmico transfiere calor entre un circuito primario y un circuito secundario. El circuito primario es un circuito reversible y utiliza refrigerante de alta presión. Un compresor presuriza el refrigerante. Un segundo intercambiador térmico transfiere selectivamente energía térmica hacia y desde el compartimiento de pasajeros. El circuito secundario es un circuito de líquido de refrigeración de baja presión que pasa a través del primer intercambiador térmico. Una bomba mueve el fluido a través del circuito secundario. Un tercer intercambiador térmico transfiere calor hacia y desde un medio externo del fluido que pasa a través del circuito secundario. Una fuente de calor secundaria añade calor al circuito secundario durante un modo de calefacción. Los medios de desviación desvían selectivamente la fuente de calor secundaria durante un modo de refrigeración.

Description

SISTEMA. COMBINADO DE CALEFACCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE AIRE PARA AUTOBUSES QUE UTILIZAN UN COMPRESOR ELECTRIFICADO QUE TIENE UNA UNIDAD MODULAR DE ALTA PRESIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a sistemas de acondicionamiento de aire. Más particularmente, la presente invención se refiere a sistemas de acondicionamiento de aire que se montan en un vehículo para la mayoría de los vehículos de carretera.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la sociedad actual con un movimiento de ritmo trepidante, los autobuses se utilizan para transportar una gran cantidad de gente de una ubicación a otra. Los fabricantes de autobuses han continuado incrementando el énfasis sobre factores -srgonómicos en el diseño y manufactura de sus vehículos. De hecho, el compartimento de pasajeros de un autobús moderno contiene muchas características para mejorar el confort de los pasajeros. Estas características incluyen, por ejemplo, sistemas de audio y video, asientos mejorados, que incluyen asientos de posición variable, soportes lumbares en los asientos, mayor aislamiento de sonido, y calefacción, ventilación, y sistemas de acondicionamiento de aire (sistemas HVAC) que proveen un ambiente confortable para una gran cantidad de pasaj eros . Para acondicionar el aire del compartimento de pasajeros, muchos de los sistemas HVAC en los autobuses emplean un sistema de calefacción separado del sistema de refrigeración. Muchos sistemas de calefacción utilizan el calor que se genera por el motor del autobús para calentar el compartimento de pasajeros. Desafortunadamente, esto requiere que el motor esté en marcha o encenderlo y apagarlo para calentar el compartimento de pasajeros. El sistema de refrigeración utiliza típicamente un sistema refrigerante de alta presión. Muchos de estos sistemas refrigerantes tienen compresores que funcionan con un motor correa. Aunque estos compresores que funcionan con un motor correa se adaptan bien para circular y bombear refrigerante a través del sistema de refrigeración mientras el motor está en marcha, no tienen la capacidad para operar cuando el motor está apagado. Como resultado, el sistema de refrigeración no puede enfriar el compartimento de pasajeros a menos que el motor del autobús se deje en marcha . Desafortunadamente, dejar el motor en marcha simplemente para acondicionar el aire en el compartimento de pasajeros desperdicia dinero e incrementa la contaminación que se produce durante la vida del autobús. Esto es particularmente importante para los autobuses porque los autobuses pueden estar ocupados por largos periodos de tiempo aunque no estén en movimiento, de manera que cuando el autobús está en espera de que los pasajeros aborden el autobús, específicamente cuando el autobús espera a los pasajeros cuando salen de un evento. Para abordar este problema con otros vehículos tales como los camiones de recolección y entrega para carretera, los últimos modelos de camiones se fabrican con sistemas activos de calefacción y acondicionamiento de aire. Los sistemas activos de calefacción y acondicionamiento de aire tienen la capacidad de proveer refrigeración y/o calefacción en el compartimento de pasajeros cuando el motor del vehículo está apagado. Dichas unidades activas de calefacción y acondicionamiento de aire típicamente utilizan un sistema de refrigeración de alta presión con un motor que funciona con energía eléctrica, un compresor de velocidad variable que funciona con una o más baterías, con corriente exterior y similares en lugar del motor correa primario. Al utilizar un compresor con motor, el sistema activo de calefacción y acondicionamiento de aire es capaz de calentar y/o enfriar el compartimento de pasajeros incluso cuando el motor del vehículo está apagado . Desafortunadamente, mientras el motor se encuentra en la condición de apagado, algunos sistemas activos no son capaces de proveer ambas opciones de calefacción y refrigeración en un motor en condición de apagado que utiliza un circuito individual. Estos sistemas requieren un segundo sistema para proveer una fuente de calor durante la condición de apagado del motor, que típicamente utiliza un calefactor alimentado con combustible. Desafortunadamente, esto incrementa la cantidad de espacio que se requiere para el sistema HVAC en su totalidad. Otro problema con los sistemas estándar de refrigeración es que estos sistemas refrigerantes de alta presión utilizan conexiones que hacen que el sistema sea propenso a fugas. Además, debido a que el sistema de refrigeración no se cierra hasta que se lleva a cabo el ensamblaje del vehículo dentro de la fábrica de ensamblaje y manufactura, el uso de este tipo de sistema ofrece una mayor carga de trabajo al encargado del ensamblaje al requerir que se realice la purga y carga iniciales del sistema de refrigeración dentro de la planta de ensamblaje del vehículo incrementando así los costos de manufactura para fabricar el vehículo y exigiendo del fabricante mantener y almacenar a gran cantidad de refrigerante. Por consiguiente, se apreciará en la técnica si un sistema HVAC para un vehículo puede tener un sistema que provee ambas funciones de calefacción y refrigeración sin requerir que el motor esté en marcha, lo cual es más eficiente, debido a que reduce la probabilidad de fugas en el refrigerante de alta presión.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En vista de lo anterior, un objetivo de una modalidad de la presente invención es proveer un sistema de calefacción y acondicionamiento de aire nuevo y mejorado para el compartimiento de pasajeros de un vehículo. Más particularmente, un aspecto de una modalidad de la presente invención es proveer sistema de calefacción y acondicionamiento de aire nuevo y mejorado que provee la calefacción y refrigeración del vehículo en un motor encendido y en un motor apagado. En una modalidad de la presente invención, el sistema de calefacción y acondicionamiento de aire incluye un circuito primario y un circuito secundario que se conecta térmicamente a otro por medio de un intercambiador térmico común. Los circuitos primario y secundario pasan energía térmica entre uno y otro en una dirección que depende de si el sistema se encuentra en un modo de calefacción o en un modo de refrigeración. Además de incluir el intercambiador térmico común, una modalidad incluye un circuito primario que comprende otro intercambiador térmico, un compresor refrigerante, una pluralidad de válvulas, una pluralidad de dispositivos medidores de refrigerante y una válvula de flujo en sentido contrario. El circuito secundario generalmente incluye, además del intercambiador térmico común, otro intercambiador térmico, una bomba para líquidos, una fuente de calor secundaria, y un circuito para desviar selectivamente la fuente de calor secundaria. En una modalidad, el circuito primario es un circuito para refrigerante de alta presión y el circuito secundario es un circuito para líquidos de baja presión. En una modalidad, el circuito primario es una bomba de calor tal que puede funcionar para proveer ambas opciones de refrigeración y calefacción del compartimiento de pasajeros del vehículo revirtiendo el flujo del refrigerante a través del circuito primario. En esta modalidad, el circuito secundario pasa de preferencia a través de la fuente de calor secundaria durante la calefacción y desvía la fuente de calor secundaria durante la refrigeración.

En aún otra modalidad de la presente invención, la fuente de calor secundaria está apartada del circuito primario y puede incluir el motor del vehículo, un calefactor alimentado con combustible, o un calefactor eléctrico. La fuente de calor secundaria funciona para añadir energía térmica al circuito primario durante un modo de calefacción para incrementar la eficacia del modo de calefacción del circuito primario. En una modalidad más, la bomba para líquidos y el compresor refrigerante se conducen eléctricamente. Esto permite que el sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de una modalidad de la presente invención funcione como un sistema activo. Otros aspectos, objetivos y ventajas de la presente invención serán más aparentes con base en la siguiente descripción detallada al considerarse en conjunto con los dibujos anexos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los dibujos anexos están incorporados y forman una parte de la especificación que ilustra varios aspectos de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la presente invención. En los dibujos: La figura 1 es un diagrama de bloque implicado que ilustra una modalidad ejemplar de un sistema HVAC combinado, construido de acuerdo con las instrucciones de la presente invención, en donde el sistema de calefacción y acondicionamiento de aire se encuentra en un modo de acondicionamiento de aire; La figura 2 es un diagrama de bloque implicado que ilustra el sistema HVAC de la figura 1 en un modo de calefacción; La figura 3 es un diagrama de bloque implicado de una modalidad alternativa de un sistema HVAC de acuerdo con la presente invención, que ilustra un modo de refrigeración; y La figura 4 es un diagrama de bloque implicado que ilustra el sistema HVAC de la figura 3 en un modo de calefacción . Aunque la presente invención se describirá en conexión con ciertas modalidades preferidas, no se pretende limitarla a aquellas modalidades. Por el contrario, se pretende abarcar todas las alternativas, modificaciones y equivalentes incluidos en el espíritu y alcance de la presente invención según lo definido en las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 ilustra un diagrama de bloque simplificado de una modalidad preferida de un sistema de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire (sistema HVAC) , que se indica en su totalidad con el número 8, para la calefacción, ventilación y refrigeración de un compartimiento de pasajeros de un vehículo, de preferencia de un compartimiento de pasajeros de un autobús. Para las funciones de calefacción y refrigeración, el sistema HVAC 8 utiliza a circuito primario de calefacción y acondicionamiento de aire (de ahora en adelante el circuito primario) , que se indica en su totalidad con el número 10, el cual es asistido por un circuito paralelo secundario de calefacción y refrigeración (de ahora en adelante el circuito secundario) , que se indica en su totalidad con el número 12. El circuito primario 10 es un sistema de bomba de calor de calefacción y acondicionamiento de aire que utiliza un proceso refrigerante de alta presión para calentar o enfriar el compartimiento de pasajeros. Una bomba de calor opera para transferir calor de un medio al otro. El circuito secundario 12 es un sistema de líquidos de baja presión que transfiere selectivamente calor desde o hacia el circuito primario 10. El circuito primario 10 es un sistema de bomba de calor de refrigerante de alta presión y en una modalidad ejemplar incluye un compresor 20, una válvula de inversión 22, un intercambiador térmico refrigerante-aire 24, a intercambiador térmico refrigerante-líquido 26, primera y segunda válvulas de desviación 28 y 30, primero y segundo dispositivos medidores de refrigerante 32 y 34, y un primer dispositivo de movimiento de aire 36. Los componentes del circuito primario 10 se acoplan operativamente por medio de, por ejemplo, línea de tubería o succión 38 para formar el sistema de bomba de calor que transfiere energía térmica de una ubicación a otra. El circuito secundario 12 opera para transferir selectivamente energía térmica desde el circuito primario 10 durante el modo de refrigeración y hacia el circuito primario 10 durante el modo de calefacción (véase la figura 2). El calor se transfiere entre los circuitos primario y secundario 10 y 12 por medio del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26. Por lo tanto, el intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 es un componente de ambos circuitos, primario 10 y secundario 12. El circuito secundario 12 incluye además una bomba para líquidos 40, un intercambiador térmico líquido-aire 42, una tercera válvula de desviación 44, una fuente de calor secundaria 46, un segundo dispositivo de movimiento de aire 48 y un tanque de purga 50. Los componentes del circuito secundario 12 se acoplan operativamente por medio de, por ejemplo, línea de tubería o succión, que se indica con el número 52, para formar un circuito de fluido. Para una mayor comprensión, primero se describirá una modalidad de la presente invención y sus componentes con referencia a la figura 1 en la cual el sistema HVAC 8 se encuentra en el modo de acondicionamiento de aire ("modo A/C") para enfriar el aire en el compartimiento de pasajeros de un vehículo. Luego se describirá la operación en un modo de calefacción con referencia a la figura 2. Comenzando con el circuito primario 10, el primero y segundo dispositivos medidores de refrigerante 32 y 34 son dispositivos que permiten un refrigerante líquido de alta temperatura y alta presión (p.ej., R-134a, Freón, y similares) que fluye a través del circuito primario 10 para convertirse en un refrigerante de baja temperatura y baja presión. Durante el modo A/C, el fluido pasa solamente a través del primer dispositivo medidor de refrigerante 32 y desvía el segundo dispositivo medidor de refrigerante 34 conforme pasa a través de la válvula de desviación 28. En una modalidad preferida, los dispositivos medidores de refrigerante 32, 34 son válvulas de expansión, válvulas de expansión termostáticas, y similares. En el modo A/C, el intercambiador térmico refrigerante-aire 24, funciona como un evaporador, y se dispone corriente abajo del primer dispositivo medidor de refrigerante 32 (con respecto al flujo del refrigerante a través del circuito primario 10, indicado con flechas 58) . El intercambiador térmico refrigerante-aire 24 es un dispositivo de intercambio de calor que recibe refrigerante de baja temperatura y baja presión del primer dispositivo medidor de refrigerante 32. Mientras fluye a través del intercambiador térmico refrigerante-aire 24, el refrigerante de baja temperatura y baja presión absorbe el calor latente de un medio, típicamente aire, identificado por flechas 60, que se hace circular a través del compartimiento de pasajeros. Propiamente dicho el intercambiador térmico refrigerante-aire 24 se posiciona en comunicación de fluidos con el interior del compartimiento de pasajeros. Debido a la absorción de calor del aire 60, el refrigerante de baja temperatura y baja presión enfría el aire 60 y, experimenta un cambio de fase por ebullición hacia un refrigerante de vapor de baja temperatura y baja presión. Para incrementar la eficacia de este proceso de intercambio de calor entre el aire y el refrigerante, en una modalidad preferida el intercambiador térmico refrigerante-aire 24 es un serpentín. El primer dispositivo de movimiento de aire 36 se dispone en proximidad al intercambiador térmico refrigerante-aire 24 y se configura para mover y/o extraer aire 60 a través del intercambiador térmico refrigerante- aire 24. Después de pasar a través del intercambiador térmico refrigerante-aire 24 y ser enfriado, se expulsa el aire enfriado hacia el compartimiento de pasajeros del vehículo. En una modalidad preferida, el primer dispositivo de movimiento de aire 36 es un ventilador como, por ejemplo, un ventilador axial. Además, el ventilador es de preferencia ajustable de tal manera que la cantidad de aire que pasa a través del intercambiador térmico refrigerante-aire 24 es variable dependiendo de las necesidades de refrigeración del compartimiento de pasajeros. En otra modalidad, el dispositivo de movimiento de aire 36 puede extraer una parte de aire fresco externo hacia dentro del vehículo mientras circula aire desde dentro del compartimiento de pasajeros para proveer la ventilación del vehículo . El compresor 20 condensa el refrigerante de vapor de baja presión y baja temperatura que se recibe y/o se extrae del evaporador, el intercambiador térmico refrigerante-aire 24 en el modo A/C. Durante la condensación, el refrigerante de vapor de baja presión y baja temperatura se convierte en un refrigerante de vapor de baja temperatura y alta presión. El refrigerante de vapor de baja temperatura y alta presión pasa del compresor 20 al condensador, el intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 en el modo A/C. En una modalidad preferida, el compresor 20 se acciona con un motor eléctrico de corriente directa. En una modalidad ejemplar, el compresor 20 es un compresor con motor de velocidad variable. El motor puede ser accionado ya sea con electricidad con corriente directa o con corriente alterna. Propiamente dicho, el compresor, y consecuentemente, el sistema HVAC 8 está bien equipado para operar en el modo A/C como un sistema HVAC 8 activo, es decir, con el motor apagado. El control activo puede ser alguno de acuerdo con la Patente E.U. No. 6,889,762 que se titula "Sistema de acondicionamiento y calefacción de aire para vehículos que provee la operación con el motor encendido y apagado" de Zeigler et al. Cuyas instrucciones y divulgación se incorporan en la presente por referencia a la misma. En el modo A/C, el intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 funciona como un condensador y se dispone corriente abajo del compresor 20. El intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 recibe el refrigerante de alta temperatura y alta presión del compresor 20. Mientras fluye a través del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26, el refrigerante de vapor de baja temperatura y alta presión disipa el calor hacia un segundo medio, el cual es un líquido de refrigeración de baja presión y baja temperatura, usualmente un líquido que es comparable a o es un líquido de refrigeración para motor como el anticongelante. Conforme se disipa el calor dentro del segundo medio, el refrigerante de vapor de baja temperatura y alta presión experimenta un cambio de fase por condensación hacia un refrigerante liquido de alta temperatura y alta presión. Modalidades del intercambiador térmico refrigerante-liquido 26 pueden incluir cualquier tipo de intercambiador térmico refrigerante-liquido como un intercambiador térmico de flujo paralelo/contador, intercambiador térmico de calandria, intercambiador térmico de placa, y similares. Después de pasar a través del intercambiador térmico refrigerante-liquido 26, el refrigerante liquido de alta temperatura y alta presión pasa a través de la primera válvula de desviación 28, que está en paralelo al segundo dispositivo medidor de refrigerante 34. En una condición abierta, como se ilustra en la figura 1, la primera válvula de desviación 28 permite que el refrigerante liquido de alta temperatura y alta presión desvie el segundo dispositivo medidor de refrigerante 34. Después de pasar a través de la primera válvula de desviación 28, el refrigerante liquido de alta temperatura y alta presión regresa al primer dispositivo medidor de refrigerante 32 y se repite el ciclo. La segunda válvula de desviación 30, que está en paralelo con el primer dispositivo medidor de refrigerante 32, se encuentra en condición cerrada durante el modo A/C y previene que el refrigerante liquido de alta temperatura y alta presión desvie el primer dispositivo medidor de refrigerante 32. Durante el modo A/C, el circuito secundario 12 agota la energía térmica añadida al refrigerante del aire en el compartimiento de pasajeros así como el calor añadido por el compresor 20 mientras convierte el refrigerante de vapor de baja presión y baja temperatura a un refrigerante de vapor de alta presión y alta temperatura. En particular, el calor añadido se transfiere desde el refrigerante en el circuito primario 10 hacia el líquido de refrigeración en el circuito secundario 12 por medio del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26. El líquido de refrigeración que pasa a través del circuito secundario 12 permanece en baja presión. El líquido de refrigeración de baja temperatura corriente arriba (con respecto al flujo del refrigerante a través del circuito secundario 12, indicado con flechas 68) desde el intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 pasa a través del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 mientras que el refrigerante de vapor de baja temperatura y alta presión del circuito primario 10 pasa a través del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26. Como los dos fluidos pasan a través del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26, la energía térmica se disipa del refrigerante de alta temperatura y alta presión y se absorbe por el liquido de refrigeración de baja temperatura para permitir que el refrigerante se condense en un refrigerante liquido, como se explicó previamente. Después que el liquido de refrigeración de baja temperatura absorbe calor del circuito primario 10, sale del intercambiador térmico refrigerante-liquido 26 como un liquido de refrigeración de alta temperatura. El intercambiador térmico liquido-aire 42 se dispone corriente abajo del intercambiador térmico refrigerante-liquido 26 y funge como dispositivo de intercambio de calor que recibe el liquido de refrigeración de alta temperatura desde el intercambiador térmico refrigerante-liquido 26. Mientras fluye a través del intercambiador térmico liquido-aire 42, el liquido de refrigeración de alta temperatura disipa el calor hacia un medio de proximidad cercana, que usualmente es aire. Además, este medio está típicamente en comunicación de fluidos con el exterior del vehículo. Debido a la disipación del calor, el líquido de refrigeración de alta temperatura se convierte en un líquido de refrigeración de temperatura intermedia y da salida al intercambiador térmico líquido-aire 42. Para incrementar la eficacia de este proceso de intercambio de calor entre el aire y el líquido, en una modalidad preferida, el intercambiador térmico líquido-aire 42 es un serpentín. En una modalidad, para una mayor mejoría en la eficacia, el segundo dispositivo de movimiento de aire 48 se dispone próximo al intercambiador térmico líquido-aire 42 y se configura para mover y/o extraer aire a través del intercambiador térmico líquido-aire 42. En una modalidad preferida, el segundo dispositivo de movimiento de aire 48 es un ventilador como, por ejemplo, un ventilador axial similar a aquel del primer dispositivo de movimiento de aire 36. En una modalidad más, el intercambiador térmico líquido-aire 42 se posiciona de manera que el aire fluya con relación al vehículo y conforme el vehículo se mueve pasa a través del intercambiador térmico líquido-aire 42 promoviendo una mayor transferencia de calor desde el líquido de refrigeración de alta temperatura hacia el aire del ambiente externo. Y en aún otra modalidad, el intercambiador térmico líquido-aire 42 se monta al radiador del vehículo y utiliza el flujo de aire que se genera para enfriar el refrigerante del motor para enfriar el líquido de refrigeración de alta temperatura en el circuito secundario 12. Durante el modo A/C, el líquido de temperatura intermedia que sale del intercambiador térmico líquido-aire 42 desvía la fuente de calor secundaria 46 que se encuentra corriente abajo del intercambiador térmico liquido-aire 42 para prevenir la existencia energía térmica innecesaria que entre al sistema HVAC 8. El líquido de temperatura intermedia desvía la fuente de calor secundaria 46 al pasar a través de la tercera válvula de desviación 44, como se indica por la flecha 70. En una modalidad, después de pasar a través de la tercera válvula de desviación 44, el líquido de refrigeración de temperatura intermedia vuelve a ingresar y pasa a través de una segunda parte del intercambiador térmico líquido-aire 42 que se encuentra corriente abajo de la tercera válvula de desviación 44 y fuente de calor secundaria 46, de preferencia para disipar la energía térmica adicional. El líquido de refrigeración de temperatura intermedia sale del intercambiador térmico líquido-aire como líquido de baja temperatura y pasa a la bomba para líquidos 40. En una modalidad alternativa, como se ilustra en la figura 3, el líquido de refrigeración pasa solamente una vez a través del intercambiador térmico líquido-aire 42. Después de salir del intercambiador térmico líquido-aire 42, el líquido de refrigeración enfriado pasa a través de la válvula de desviación 44 y a través de un circuito de desvío 71 para desviar la fuente de calor secundaria 46. después de desviar la fuente de calor secundaria 46, el liquido de refrigeración pasa hacia la bomba para líquidos 40. En esta modalidad, la fuente de calor secundaria 46 se encuentra completamente corriente abajo del intercambiador térmico líquido-aire 42 en lugar de separar el intercambiador térmico líquido-aire 42 en dos partes separadas, como en la modalidad que se ilustra en la figura 1. Regresando a la figura 1, la bomba para líquidos 40 extrae y bombea el líquido a través del circuito secundario 12. La bomba para líquidos 40 se dispone corriente abajo del intercambiador térmico líquido-aire 42 y bombea el líquido de baja temperatura hacia un tanque de purga 50. La bomba para líquidos 40 puede ser cualquier tipo de bomba de fluidos como, por ejemplo, una bomba centrífuga o de émbolo. Además, la bomba 40 es una bomba de baja presión tal que el líquido que circula a través del circuito secundario 12 permanece a una presión baja. En una modalidad ejemplar, la bomba para líquidos 40 se acciona con un motor eléctrico de velocidad variable. Propiamente dicho, el sistema HVAC 8 está bien equipado para operar como un sistema HVAC 8 activo, es decir con motor apagado. El tanque de purga 50 se dispone corriente debajo de la bomba para líquidos 40 y funciona como un tanque de retención para el líquido de baja temperatura, durante el modo A/C. Además funciona para permitir la expansión y contracción del liquido dentro del circuito secundario 12 y por consiguiente permitir que la bomba para líquidos 40 mantenga la baja presión y velocidad de flujo del líquido que circula a través del circuito secundario 12. Como el tanque de purga es el último componente del circuito secundario, después que el líquido entra al tanque de purga 50, se repite el ciclo. La figura 2 es una ilustración esquemática simplificada del sistema HVAC 8 de una modalidad de la presente invención en el modo de calefacción. Durante el modo de calefacción, el circuito primario 10 disipa la energía térmica hacia el aire en el compartimiento de pasajeros del vehículo en lugar de hacia el circuito secundario 12. El sistema HVAC 8 cambia del modo A/C al modo de calefacción al manipular las válvulas de desviación 28, 30, y 44 identificadas previamente y la válvula de inversión 22. El proceso de calefacción se describirá más ampliamente a continuación con referencia a la figura 2. El circuito secundario 12 transfiere energía térmica desde la fuente de calor secundaria 46 hacia el circuito primario 10, lo cual permite que el sistema HVAC funcione en el modo de calefacción a temperaturas ambiente bajas al proveer una carga de calor para el circuito primario. Como se indicó previamente, una bomba de calor opera para transferir calor de un medio a otro. En una bomba de calor de circuito simple, la bomba de calor debe extraer calor de un medio externo al vehículo para permitir la operación del ciclo refrigerante y transferir entonces la energía térmica hacia el compartimiento de pasajeros. Sin embargo, cuando se requiere el modo de calefacción, el medio externo es típicamente muy frío (esto es abajo del punto de congelación) . Es difícil y menos eficiente extraer calor de un medio que tiene bajas temperaturas. Por consiguiente, extraer energía térmica de un medio frío (esto es una temperatura ambiente baja) puede ocasionar que la bomba de calor opere menos eficientemente. Segundo, durante el ciclo de calefacción de una bomba de calor, el evaporador se vuelve muy frío y cuando el evaporador es un intercambiador térmico refrigerante-aire, como sería el caso si el circuito secundario 12 no está presente, la humedad en el aire ocasiona que el intercambiador térmico, que se expone al aire de ambiente frío, se congele. Para eliminar el hielo del intercambiador térmico (evaporador) la bomba de calor (circuito primario) típicamente debe operar a la inversa (esto es en el modo A/C) para derretir el hielo sobre el intercambiador térmico. Esto es altamente ineficaz porque ninguna parte de la energía que se utiliza para hacer funcionar el circuito en esta dirección puede ser utilizada para calentar el compartimiento de pasajeros del vehículo.

Alternativamente, se debe proveer un mecanismo secundario de descongelamiento tal como un calefactor alimentado con combustible o calentador eléctrico resistivo. El intercambiador térmico refrigerante-liquido 26 no es tan susceptible al congelamiento porque la transferencia de calor dentro del circuito primario 8 ocurre en el interior del intercambiador térmico 26 y a temperaturas más altas, y en algunas modalidades dentro del vehículo. El circuito secundario 12 permite que la fuente de calor secundaria 46 se posicione lejos del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26. Durante el modo de calefacción, el flujo de refrigerante a través del circuito primario 10, indicado con flechas 78, se invierte. Para invertir el flujo de refrigerante, el circuito primario 10 incluye una válvula de inversión 22. La válvula de inversión 22 cambia el intercambiador térmico que suministra refrigerante de vapor de baja temperatura y baja presión hacia el compresor 20 y cuyo intercambiador térmico recibe el refrigerante de vapor de baja temperatura y alta presión del compresor 20. En otras palabras, al invertir el flujo de refrigerante a través del circuito primario 10, el intercambiador térmico refrigerante-aire 24 del circuito primario 10 se convierte en el condensador y el intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 se convierte en el evaporador.

Para facilitar el flujo invertido de refrigerante, la segunda válvula de desviación 32 se abre permitiendo que el refrigerante liquido de alta temperatura y alta presión salga del intercambiador térmico refrigerante-aire (el condensador) 24 para desviar el primer dispositivo medidor de refrigerante 32. La primera válvula de desviación 28 se cierra ocasionando que el refrigerante liquido de alta temperatura y alta presión pase a través del segundo dispositivo medidor de refrigerante 34 y se transforme en un refrigerante liquido de baja temperatura y baja presión, como se explicó previamente con referencia al modo A/C. En este modo, el refrigerante liquido de baja temperatura y baja presión pasa a través del intercambiador térmico refrigerante-liquido 26 para absorber la energía térmica de un líquido de refrigeración de alta temperatura que fluye a través del circuito secundario 12, como se explicará más ampliamente a continuación. Esta energía térmica extraída del circuito secundario 12, se disipará hacia el aire en el compartimiento de pasajeros cuando el refrigerante de vapor de baja temperatura y alta presión pase a través del intercambiador térmico refrigerante-aire 24. Por consiguiente, durante el modo de calefacción, el circuito primario 10 opera a la inversa. En este modo, la energía se transfiere desde el circuito secundario 12 hacia el circuito primario 10 y se disipa hacia el compartimiento de pasajeros. Durante el modo de calefacción, el flujo de liquido de refrigeración a través del circuito secundario 12, que se indica con flechas 68, no está invertido. Sin embargo, el liquido de baja presión que pasa a través del circuito secundario 12 adquiere calor de la fuente de calor secundaria 46 y funciona para transferir esta energía térmica hacia el circuito primario 10 por medio del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26, como se explicó previamente. En el modo de calefacción, el líquido de refrigeración de baja presión del circuito secundario 12 que entra al intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 es un líquido de refrigeración de alta temperatura. Como pasa a través del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26, el líquido de refrigeración de alta temperatura disipa la energía térmica hacia el refrigerante de baja temperatura y baja presión del circuito primario 10. La energía térmica que se disipa en el circuito secundario 12 se absorbe por el refrigerante en el circuito primario 10 y subsecuentemente se disipa en el aire del compartimiento de pasaj eros . En la modalidad que se ilustra en la figura 2, el líquido de refrigeración pasa a través del intercambiador térmico liquido-aire 42 y disipa energía térmica adicional del líquido de refrigeración hacia el aire que pasa a través del intercambiador térmico 42. Después de pasar a través del intercambiador térmico líquido-aire 42, el líquido de refrigeración pasa a través de la fuente de calor secundaria 46. Propiamente dicho, la válvula de desviación 44 se posiciona de manera que el líquido de refrigeración fluye hacia la fuente de calor secundaria 46 en lugar de ser desviado como en el modo A/C. Como el líquido de refrigeración pasa a través de la fuente de calor secundaria 46, absorbe energía térmica. En una modalidad, la fuente de calor secundaria 46 es el motor del vehículo. Es un beneficio del sistema HVAC 8 que el sistema de calefacción puede ser utilizado para reducir la carga sobre el sistema de refrigeración del motor mientras funciona disipando parte del calor desperdiciado que se genera por el motor de operación hacia el compartimiento de pasajeros. En una modalidad alternativa, para promover operación de motor apagado o activa del sistema HVAC 8, la fuente de calor secundaria 46 es una fuente de calor alimentada con combustible que quema combustible para producir energía térmica. Una fuente de calor alimentada con combustible es más amigable ambientalmente y eficiente que hacer funcionar un gran motor diesel para proveer una fuente de calor cuando no se requiere la potencia plena del motor principal del vehículo (esto es durante el descanso u otras situaciones estacionarias) . En otra modalidad, la fuente de calor secundaria es un calentador eléctrico resistivo que utiliza una resistencia eléctrica para convertir electricidad en energía térmica. Esta modalidad puede ser útil cuando el vehículo tiene típicamente acceso a un suministro secundario de electricidad, como una corriente exterior. Sin embargo, se observará que el motor del vehículo puede funcionar como la fuente de calor secundaria después de ser desactivado porque permanecerá caliente por un largo período de tiempo después de que se ha apagado. Además, la configuración que tiene un circuito secundario 12 permite que la fuente de calor secundaria 46 que facilita la operación del circuito primario 10 en el modo de calefacción durante el clima más frío se posicione lejos del intercambiador térmico refrigerante-líquido 26 sin requerir largas líneas refrigerantes. En la modalidad alternativa que se describe e ilustra anteriormente con referencia a la figura 3, durante el modo de calefacción que se ilustra en la figura 4, el líquido de refrigeración no desvía la fuente de calor secundaria 46. En el modo de calefacción, la válvula de desviación 44 se posiciona de manera tal que el líquido de refrigeración que sale del intercambiador térmico liquido-aire 42, que en esta modalidad es liquido de refrigeración de baja temperatura, pasa a través de la fuente de calor secundaria 46 y se convierte en un liquido de refrigeración de alta temperatura. El liquido de refrigeración de alta temperatura solamente pasa a través del intercambiador térmico liquido-aire 42 una vez. Esto es preferible porque no se disipa el calor del liquido de refrigeración de alta temperatura al pasar a través del intercambiador térmico liquido-aire 42. Después de que el liquido de refrigeración ha pasado a través de la fuente de calor secundaria 46 y se convierte en un refrigerante de alta temperatura, se bombea a través del intercambiador térmico refrigerante-liquido 26 donde la energía térmica se transfiere del líquido de refrigeración de alta temperatura del circuito secundario 12 hacia el refrigerante de baja temperatura y baja presión del circuito primario 10. Se contempla que cuando el sistema HVAC descrito anteriormente se utiliza en grandes vehículos de pasajeros, por ejemplo autobuses, pueden ser instalados múltiples circuito primarios 10 en el vehículo de manera que se pueda lograr una mayor calefacción y acondicionamiento de aire configurables localizados. Específicamente, se puede instalar una unidad para acondicionar el aire en la parte posterior del vehículo e instalar otra unidad cerca del frente del vehículo para acondicionar el frente del compartimiento de pasajeros. En estos sistemas múltiples de circuitos primarios, el sistema HVAC puede incluir un circuito secundario simple que se acopla a la pluralidad de circuitos primarios o circuitos secundarios separados que se acoplan a cada circuito primario individual. Todas las referencias, incluyendo publicaciones, solicitudes de patente, y patentes citadas en la presente se incorporan aquí por referencia por extensión como si cada referencia fuera individual y específicamente indicada para incorporarse por referencia y se estableciera en su totalidad y amplitud en la presente. El uso de los términos "un", "una" y "el", "la" y referentes similares en el contexto de descripción de la presente invención (especialmente en el contexto de las reivindicaciones a continuación) se realiza para una interpretación que cubra tanto el singular como el plural, a menos que se indique de otra forma en la presente o se contradiga expresamente en el contexto. Los términos "que comprende," "que tiene," "que incluye," y "que contiene" se utilizan para una interpretación como términos de interpretación abierta (esto es, que significan "que incluye, pero no se limita a,") a menos que se haga notar de alguna otra forma. La relación de rangos de valores de la presente tienen solamente el propósito de servir como un método de abreviación para referir individualmente cada valor distinto que caiga dentro del rango, a menos que se indique de otra forma en la presente, y cada valor distinto se incorpora dentro de la especificación como si tuviera una relación individual en la presente. Todos los métodos descritos en la presente pueden llevarse a cabo en cualquier orden apropiado a menos que se indique de otra forma en la presente o se contradiga expresamente en el contexto . El uso de cada uno y todos los ejemplos, o lenguaj e ejemplar (p. ej . , "tal que") provisto en la presente, tiene solamente el propósito de dar luz sobre la presente invención y no impone una limitación en el alcance de la presente invención a menos que se reivindique de otra forma. No deberá interpretarse el lenguaje en la especificación como una indicación de cualquier elemento no reivindicado como esencial para la práctica de la presente invención . Las modalidades preferidas de la presente invención se describen en la misma, incluyendo el mejor modo conocido por los inventores para llevar a cabo la presente invención. Variaciones de aquellas modalidades preferidas se harán aparentes para aquellos expertos en la técnica después de la lectura de la descripción precedente. Los inventores esperan que los expertos en la técnica empleen dichas variantes apropiadamente, y los inventores tienen el propósito de que la presente invención se practique de formas diferentes a las específicamente descritas aquí. Por consiguiente, la presente invención incluye todas las modificaciones y equivalentes del tema principal relacionado con las reivindicaciones que se anexan aquí como permitidas por las leyes correspondientes. Además, cualquier combinación de los elementos descritos anteriormente en todas las variantes posibles de las mismas son inherentes a la presente invención a menos que se indique de otra forma en la presente o se contradiga expresamente en el contexto.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un sistema de calefacción y acondicionamiento de aire para un compartimiento de pasajeros de un vehículo, que comprende: un primer intercambiador térmico; un circuito primario que pasa a través de el primer intercambiador térmico y que además comprende un compresor, un segundo intercambiador térmico, medios de inversión de flujo para invertir el flujo de fluido a través del circuito primario, y un primer dispositivo medidor de refrigerante; un circuito secundario que pasa a través del primer intercambiador térmico y que además comprende una bomba para líquidos, un tercer intercambiador térmico, una fuente de calor secundaria, medios de desviación para desviar selectivamente la fuente de calor secundaria; y caracterizado porque el circuito secundario se acopla térmicamente al circuito primario por medio del primer intercambiador térmico y el segundo intercambiador térmico se acopla térmicamente al interior del compartimiento de pasaj eros .

2. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de calor secundaria es el motor del vehículo.

3. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de calor secundaria y el tercer intercambiador térmico se encuentran lejos del circuito primario y el compartimiento de pasajeros del vehículo.

4. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer intercambiador térmico es un intercambiador térmico refrigerante-líquido, el segundo intercambiador térmico es un intercambiador térmico refrigerante-aire, el tercer intercambiador térmico es un intercambiador térmico líquido-aire .

5. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compresor es un compresor con motor de corriente directa.

6. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de calor secundaria es un calefactor alimentado con combustible.

7. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito primario es un refrigerante de alta presión con base en un circuito y el circuito secundario es un circuito refrigerante de baja presión.

8. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el compresor, primero y segundo intercambiadores térmicos, los medios de inversión del flujo, el primer dispositivo medidor de refrigerante se acoplan con conexiones fijas.

9. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el circuito primario es una unidad modular autónoma que se adapta para ser conectada al circuito secundario.

10. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque durante un modo de calefacción el liquido del circuito secundario pasa a través de la fuente de calor secundaria y el medios de dirección de flujo conducen refrigerante desde el primer intercambiador térmico hacia el compresor y el refrigerante desde el compresor hacia el segundo intercambiador térmico y durante un modo de refrigeración el liquido en el circuito secundario desvia la fuente de calor secundaria y los medios de dirección de flujo conducen refrigerante desde el segundo intercambiador térmico hacia el compresor y refrigerante desde el compresor hacia el primer intercambiador térmico.

11. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el segundo y tercer intercambiador térmico es un serpentín, y caracterizado porque el dispositivo medidor de flujo es una válvula de expansión y el sistema además comprende un primer y segundo dispositivo de movimiento de aire, el primer dispositivo de movimiento de aire próximo al segundo intercambiador térmico y el segundo dispositivo de movimiento de aire próximo al tercer intercambiador térmico, el primer dispositivo de movimiento de aire que circula aire desde el interior del compartimiento de pasajeros a través del segundo intercambiador térmico.

12. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el segundo intercambiador térmico se adapta para ser posicionado con relación al vehículo en comunicación de fluidos con el interior del compartimiento de pasajeros.

13. -Un sistema de calefacción y acondicionamiento de aire para un compartimiento de pasajeros de un vehículo, el sistema de calefacción y acondicionamiento de aire que comprende : un circuito primario que comprende un compresor, un primer intercambiador térmico, un segundo intercambiador térmico, medios de inversión de flujo para conducir selectivamente un flujo de fluido desde el compresor hacia uno del primer intercambiador térmico y el segundo intercambiador térmico y un flujo de fluido hacia el compresor desde el otro del primer intercambiador térmico y el segundo intercambiador térmico, un dispositivo medidor de refrigerante, el compresor, primera y segunda intercambiador térmicos, medios de inversión del flujo, dispositivo medidor de refrigerante que se acoplan por medio de una tubería fija que tiene conexiones permanentes para formar un circuito cerrado de fluido de alta presión; y un circuito secundario que tiene un líquido de refrigeración de baja presión, el circuito secundario que pasa a través del primer intercambiador térmico del mismo térmicamente en comunicación con el circuito primario, el circuito secundario que además comprende medios de bombeo de liquido, un tercer intercambiador térmico, una fuente de calor secundaria, y medios de desviación para desviar selectivamente la fuente de calor secundaria.

14. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer circuito primario es una unidad autónoma.

15. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el tercer intercambiador térmico y fuente de calor secundaria se encuentran lejos el circuito primario.

16. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la fuente de calor secundaria es por lo menos una de un motor de vehículo, un calefactor alimentado con combustible, y un calefactor eléctricamente resistivo.

17. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer intercambiador térmico es un intercambiador térmico refrigerante-líquido, el segundo intercambiador térmico es un intercambiador térmico refrigerante-aire, el tercer intercambiador térmico es un intercambiador térmico liquido-aire .

18. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el compresor es un compresor con motor de corriente directa, el medio para bombear líquidos es una bomba con un motor de corriente directa .

19. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la fuente de calefacción secundaria es por lo menos una de un calefactor alimentado con combustible y un calefactor eléctricamente resistivo y el sistema además comprende un primer y segundo dispositivos de movimiento de aire conducidos eléctricamente, próximos a un segundo y tercer intercambiadores térmicos, respectivamente.

20. - El sistema de calefacción y acondicionamiento de aire de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el circuito secundario se acopla al primer intercambiador térmico con conexiones removible.