ES2229986T3 - Gas refrigerante de alta presion para el circuito refrigerante de un sistema de aire acondicionado de un vehiculo automovil. - Google Patents
Gas refrigerante de alta presion para el circuito refrigerante de un sistema de aire acondicionado de un vehiculo automovil.Info
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Abstract
El refrigerador de gas de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el haz de segundos tubos de intercambio de calor (14) está fabricado de al menos dos, preferentemente idénticos, haces separados (50, 52) de
Description
Gas refrigerante de alta presión para el circuito
refrigerante de un sistema de aire acondicionado de un vehículo
automóvil.
La invención se refiere a un refrigerador de gas
a alta presión para un circuito refrigerante de un sistema de aire
acondicionado de un vehículo automóvil, y más particularmente pero
no exclusivamente a un refrigerador de gas para un circuito
refrigerante de CO_{2} supercrítico.
La tecnología subyacente y los problemas de tales
refrigeradores de gas están descritos en detalle en el anexo de
Jürgen Wertenbach, Jürgen Maué y Wolfgang Volz "CO_{2}
Refrigeration Systems in Automobile
Air-Conditioning". En este caso, de acuerdo con
la Fig.2 de este anexo, la referencia está realizada para el llamado
proyecto RACE. La invención trata otro desarrollo de este proyecto
RACE; las características a las que la invención se refiere en el
preámbulo de las reivindicaciones 1 a 3 están presentes en la Fig.4
de este anexo.
En resumen, se han encontrado problemas en la
configuración de un sistema de control climático de un vehículo
automóvil cuando el propósito es reemplazar los viejos
refrigeradores, por ejemplo el R134a, el cual es generalmente usado
en el caso de sistemas de aire acondicionado de vehículos automóvil,
mediante dióxido de carbono, entre otros para reducir el efecto
invernadero. En el alcance del antes mencionado proyecto RACE, se ha
encontrado que, cuando el CO_{2} es usado como refrigerante, la
mejor eficiencia puede ser obtenida con el circuito de acuerdo con
la Figura 4 del citado anexo. En comparación con sistemas conocidos
de aire acondicionado de vehículos automóvil los cuales usan
refrigeradores convencionales, un intercambiador de calor interno
que intercambia calor entre las caras de alta presión y baja presión
es añadido como un nuevo componente. Mientras, que además, en el
caso de circuitos refrigerantes convencionales, pueden usarse
igualmente bien colectores en la cara de baja presión y en la cara
de alta presión, un colector en la cara de baja presión es
preferible por razones de óptima eficiencia en el modo de
funcionamiento para el cual la invención se describe. Para más
detalles, la referencia está realizada expresamente de nuevo en el
anexo indicado anteriormente.
El objeto de la invención es hacer posible la
inclusión de los siguientes aspectos al menos individualmente, pero
siempre que sea posible en combinación o en totalidad:
- 1.
- Debe haber las posibles menores líneas de pruebas de presión necesarias para el funcionamiento de alta presión. Reduciendo el número de líneas conectoras de pruebas de presión también conduce en este aspecto a unas menores conexiones de tornillo de estas líneas conectoras. Estas conexiones de tornillo son necesarias no sólo debido al funcionamiento de alta presión, sino también porque el CO_{2} se difunde en las conexiones de tubo convencionales, las cuales se emplean sellos elastoméricos, y esto puede conducir a erupciones explosivas de los medios de sellado elastoméricos.
- 2.
- Este nuevo elemento, un intercambiador de calor interno, debe siempre que sea posible no incrementar el espacio de la instalación requerido en el vehículo automóvil en su totalidad, o al menos ligeramente.
- 3.
- El uso general de un colector en la cara de baja presión debe en este aspecto ser acomodado de modo que ahorre espacio y coste.
- 4.
- La disposición debe ser organizada de modo que, en un existente vehículo automóvil que está equipado todavía con un sistema de aire acondicionado de vehículo automóvil convencional, el espacio de la instalación debe también ser utilizado para el sistema de aire acondicionado incluyendo los elementos necesarios para el funcionamiento con CO_{2}, reemplazando los correspondientes componentes.
De acuerdo con un aspecto de la invención se
prevé un refrigerador de gas a alta presión para un sistema de aire
acondicionado de un vehículo automóvil que incluye un circuito
refrigerante que comprende, en la dirección del flujo del
refrigerante, el refrigerador de gas, un intercambiador de calor
interno operable para intercambiar calor entre las caras de alta
presión y de baja presión, en el que el refrigerador de gas y el
intercambiador de calor interno son combinados para formar una única
unidad.
De acuerdo con otro aspecto de la invención se
prevé un refrigerador de gas a alta presión para un circuito
refrigerante a alta presión de un sistema de aire acondicionado de
un vehículo automóvil, incluyendo el circuito refrigerante, en la
dirección del flujo del refrigerante, un intercambiador de calor
interno que intercambia calor entre las caras de alta presión y baja
presión, que se comunican mediante la cara de baja presión del
intercambiador de calor interno con la cara de admisión del
compresor, en el que el refrigerador de gas, el intercambiador de
calor interno y el colector en la cara de baja presión son
combinados para formar una única unidad.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención
se prevé un refrigerador de gas a alta presión para un circuito
refrigerante de un sistema de aire acondicionado de un vehículo
automóvil, incluyendo el circuito refrigerante, en la dirección del
flujo del refrigerante, el refrigerador de gas, un intercambiador de
calor interno que intercambia calor entre las caras de alta presión
y baja presión, y un colector en la cara de baja presión, el cual se
comunica mediante la cara de baja presión del intercambiador de
calor interno con la cara de admisión del compresor, en el que el
refrigerador de gas y el colector en la cara de baja presión son
combinados para formar una única unidad.
Ciertas reivindicaciones dependientes, por
ejemplo las reivindicaciones 4 a 6, se refieren a una estructura
básica del refrigerador de gas de acuerdo con la invención que es
preferida a la vez en términos de producción, compacidad y usando
las mismas partes componentes, con otras reivindicaciones
dependientes, por ejemplo la reivindicación 7, cubriendo además la
estandarización de los componentes.
Los "primeros" tubos de intercambio de calor
del refrigerador de gas son en principio corrugados; las
reivindicaciones tales como la reivindicación 8 sin embargo cubren
realizaciones en las que el intercambiador de calor interno puede
ser configurado completamente sin corrugaciones mientras se obtiene
una unidad especialmente compacta.
Como se ha mencionado previamente, en el caso de
sistemas convencionales de aire acondicionado de un vehículo
automóvil, se emplean preferentemente intercambiadores de calor de
tubos lisos, véase por ejemplo la reivindicación 9.
Dependiendo de si estos tubos lisos se comunican
con la cara de baja presión o la cara de alta presión, éstos están
convenientemente dispuestos con longitudes que difieren de sus
extremos, para tener por tanto la opción de conectarse a diferentes
cámaras para la cara de baja presión y la cara de alta presión.
Realizaciones alternativas permiten a los tubos
lisos tener longitudes menores de sus extremos libres para tener un
refrigerador aplicado a los mismos.
Las reivindicaciones 14 a 16 se refieren a
realizaciones de diseños preferidos del colector del intercambiador
de calor interno.
Mientras que las realizaciones reivindicadas
hasta el momento tratan del concepto básico de la reivindicación 1,
el cual también está contenido en la reivindicación 3, las
reivindicaciones 17 a 22 se refieren a otros desarrollos de la
reivindicación 2, que está del mismo modo incluida en la
reivindicación 3.
De acuerdo con la reivindicación 17, el uso está
enfocado principalmente en la disposición del colector en la cara de
baja presión a lo largo del haz de los "primeros" tubos de
intercambio de calor del refrigerador de gas, es decir
transversalmente respecto a éstos tubos de intercambio de calor,
mientras que el intercambiador de calor interno de hecho debe
preferentemente estar dispuesto en el lado extremo del haz del
refrigerador de gas, es decir esencialmente con el mismo
alineamiento de sus "segundos" tubos de intercambio de
calor.
Tal como se reivindica en la reivindicación 18,
un canal intermedio está en este caso dispuesto entre el
refrigerador de gas y el colector y, según si el intercambiador de
calor interno está dispuesto encima o debajo del refrigerador de
gas, este canal conlleva a la interconexión relacionada con el flujo
necesario del refrigerante con el gasto de diseño mínimo y el ahorro
de las líneas externas para el refrigerante CO_{2} mediante una
trayectoria de línea integrada. Las reivindicaciones 19 y 20 se
refieren preferentemente a otros desarrollos en relación con esto.
De esta manera, la reivindicación 20 se distingue en que la
acumulación del lubricante compresor que ha entrado es evitada por
los medios más simples, mientras que opcionalmente se evita incluso
una línea sumergida conocida (del anexo de Volkswagen AG "RACE
Project - Final Technical Task Report of Tasks 7, 15 and 16" por
el Dr. H. Röhe, B. Adiprasito y el Dr. U. Brennenstuhl del
17.07.1997, en particular la Fig.1).
Las reivindicaciones 21 y 22 proporcionan una
formulación general de dos principios básicos que ya han sido
identificados anteriormente, y los cuales de acuerdo con la
invención deben ser satisfechos siempre que sea posible.
Finalmente, las reivindicaciones 23 y 24 se
refieren a la incorporación adicional de un refrigerador de motor en
el ámbito de la unidad prefabricada de acuerdo con la invención.
La invención será explicada con más detalle a
continuación con la ayuda de dibujos esquemáticos con referencia a
diversas realizaciones ilustrativas.
La Fig. 1 y la Fig. 2 muestran una representación
de un corte longitudinal de una primera y segunda realización de un
refrigerador de gas, el cual está combinado en ambos casos con un
intercambiador de calor interno y con un colector en la cara de baja
presión para formar una única unidad;
Las Figs. 3a y 3b muestran una representación
esquemática de un croquis en sección parcial de dos realizaciones
alternativas de una combinación de una unidad del tipo de la Fig. 1
con un refrigerador de motor, con una conexión para formar una
unidad común mediante un corrugado común del refrigerador de gas y
del refrigerador del motor, con la dirección de observación
extendiéndose hacia arriba en la posición normal de instalación y
estando también indicada una representación en sección longitudinal
del intercambiador de calor interno;
La Fig. 4 muestra el refrigerador de gas de
acuerdo con la Fig. 1 con su circuito refrigerante incluido en la
composición;
La Fig. 5 muestra una sección transversal
parcial, a escala mayor, a través del contenedor del colector, el
canal intermedio y una distribución o tubo colector del refrigerador
de gas;
La Fig. 6 muestra una sección longitudinal
parcial, a escala mayor, en una zona donde la distribución o el tubo
colector del refrigerador de gas está conectado al colector del
intercambiador de calor interno, en el caso donde los segundos tubos
de intercambio de calor del colector interno están posicionados
transversalmente en ángulos rectos con respecto a los primeros tubos
de intercambio de calor del refrigerador de gas;
La Fig. 7 muestra una representación, como una
sección transversal parcial aumentada, de las condiciones de
conexión correspondientes a aquellas de la Fig. 6, pero con los
primeros y segundos tubos de intercambio de calor presentando la
misma orientación; y
La Fig. 8 muestra, de nuevo a escala mayor, una
representación en explosión parcial en el caso en que la carcasa del
colector del intercambiador de calor interno junto con la tapa en la
cara extrema están dispuestas de acuerdo con la Fig. 7.
En las diversas figuras, las referencias
numéricas similares están asignadas a partes similares.
Un refrigerador de gas 2 y un colector 4 están
dispuestos idénticamente en la cara de baja presión en las
realizaciones alternativas de una unidad de acuerdo con las Figs. 1
ó 2. Las disposiciones de las dos realizaciones difieren, en
particular, en que un intercambiador de calor interno 6 está
incluido en la unidad en una cara extrema inferior, en la posición
normal de instalación en un vehículo automóvil, en la realización de
acuerdo con la Fig. 1, pero en la cara extrema superior del
refrigerador de gas 2 en la Fig. 2. En la realización de acuerdo con
la Fig. 2, la fase gaseosa del refrigerante es en este caso extraída
del colector en la cara de baja presión a través de un tubo
sumergido, el cual no es necesario en la realización de acuerdo con
la Fig. 1. En ambos casos, la unidad está fabricada de aluminio o
una aleación de aluminio, y opcionalmente de combinaciones de tales
materiales.
En ambas realizaciones de las Figs. 1 y 2, el
refrigerador de gas 2 tiene un haz de unos primeros tubos de
intercambio de calor 8 los cuales están diseñados como tubos lisos
teniendo caras lisas enfrentadas una con respecto a la otra. Unas
láminas en zigzag 10 firmemente soldadas a los tubos de intercambio
de calor 8, están interpuestas entre estas caras lisas. Además, una
lámina en zigzag 10a también está conectada en cada caso mediante
una firme soldadura a los dos últimos tubos lisos 8a en las caras
extremas, y la de la cara extrema remota del intercambiador de calor
interno 6 también está cubierta mediante una placa cerrada 12 de la
misma manera firmemente soldada.
El intercambiador de calor interno 6, por su
parte, consiste en una pila, directamente soldada a otra, de los
segundos tubos de intercambio de calor 14 que tienen
alternativamente diferentes longitudes, como será explicado con más
detalle en adelante. Los segundos tubos de intercambio de calor 14
también son tubos lisos. Los dos tubos lisos contiguos 14 del
intercambiador de calor interno 6 y 8a del refrigerador de gas 2
están conectados a otro mediante una de las láminas en zigzag 10a
por medio de una firme soldadura.
Los primeros tubos de intercambio de calor 8 y
los segundos tubos de intercambio de calor 14 están idénticamente
diseñados como tubos lisos.
Los dos extremos de los tubos lisos 8 del
refrigerador de gas desemboca respectivamente en un tubo de
distribución o colector 16, el cual está subdividido respectivamente
en diversas cámaras 18 y 20 que se apoyan en la parte superior de la
otra. Las cámaras 18 de un tubo de distribución o colector 16 están
mutuamente desplazadas, con respecto a las cámaras 20 del otro tubo
de distribución o colector 16, de modo que un flujo, que progresa
hacia y desde, en una dirección longitudinal, el refrigerador de gas
a lo largo de las flechas indicadas, tiene lugar entre ellas a
través de los respectivos grupos de los varios primeros tubos de
intercambio de calor 8 según una corriente transversal de
intercambio de calor, y, para ser preciso, en cada caso hacia arriba
en el refrigerador de gas en la posición de instalación normal
representada en el vehículo automóvil. El refrigerante es por tanto
suministrado "por la parte superior" en cada caso, y para ser
preciso, por la cara extrema de un adaptador de conexión 22 sobre la
cara extrema remota del intercambiador de calor interno 6 en la
realización de acuerdo con la Fig. 1, y por la cara circunferencial
de un adaptador de conexión 24 próximo al intercambiador de calor
interno 6 en la realización correspondiente a la Fig. 2. En ambas
realizaciones, el colector 4 en la cara de baja presión se extiende
a lo largo del refrigerador de gas 2, y de acuerdo con la Fig. 5 en
ambas realizaciones de Fig. 1 y Fig. 2 este colector está unido
mediante un canal intermedio 26 a un tubo de distribución o colector
16 cercano con una fabricación de pieza integral, p. ej. como una
parte extruída, moldeada o presionada. Un nivel 28 entre la fase
líquida 30 y la fase gaseosa 32 está indicado en el contenedor del
colector en la cara de baja presión.
En ambas realizaciones de las Figs. 1 y 2, el
refrigerante que llega desde el evaporador 34 (de la descripción de
la Fig. 4) del circuito refrigerante y que aún contiene una fracción
de fase líquida en su fase gaseosa, es introducido a través de un
adaptador de conexión 36 sobre una tapa superior 38 del colector 4
en la cara de baja presión, dentro de este último a lo largo de la
flecha 40, y es conducido a través de la línea curvada 42 hacia una
pared interior cilíndrica del colector 4 en la cara de baja presión,
de modo que un flujo del refrigerante que baja en espiral se
encuentra con el componente líquido que está siendo conducido hacia
abajo en esta pared interior del colector 4 en la cara de baja
presión.
En la realización de acuerdo con la Fig. 1, el
refrigerante desprovisto de la fase líquida es introducido dentro
del canal intermedio 26 a través de la abertura superior 44. Además,
la abertura inferior 46 que del mismo modo se comunica con el canal
intermedio 26 está dispuesta en el colector 4 de la cara de baja
presión; esta abertura está dimensionada de modo que el aceite
lubricante que se ha acumulado en la parte inferior del colector,
junto con una pequeña cantidad de fase líquida del refrigerante que
es usada sólo para el transporte, puede ser extraído hacia el
interior del canal intermedio 26. El extremo inferior del canal
intermedio 26 comunica con la cara de baja presión 48 del colector
50 del intercambiador de calor interno 6 (de subsiguiente
descripción del intercambiador de calor interno 6, que en este caso
es de nuevo idéntica en las dos realizaciones representadas de las
Figs. 1 y 2).
El propósito general del colector 4 en la cara de
baja presión es separar y recoger la fase líquida del refrigerante
que es suministrado, y entregar solamente la fase gaseosa de la cara
de baja presión 48 del intercambiador de calor interno 6.
En esta primera realización correspondiente a la
Fig. 1, esta entrega tiene lugar a través de la abertura superior 44
sobre el nivel 18 de la fase líquida ("aguas abajo") a través
del canal intermedio 26. La abertura inferior 46 puede cerrarse para
el propio circuito refrigerante, y ser usada solo para evitar un
excesivo aumento de una fase líquida, enriquecida con aceite
lubricante, el cual se acumula en la parte inferior del colector 4
en la cara de baja presión, pero permitiendo siempre ser descargado
a través de la abertura inferior 46. Hasta el punto de que cualquier
fase líquida del refrigerante es llevada consigo aquí, esto es
intrínsecamente indeseable y es solamente de uso práctico como
medios de transporte para el aceite lubricante arrastrado aguas
abajo en el canal intermedio 26. En otros aspectos, el nivel 28
entre la fase gaseosa 32 y la fase líquida 30 en el colector 4 en
las caras de baja presión varía de acuerdo con el relleno del
circuito refrigerante y las condiciones operativas del vehículo
automóvil.
Funcionalmente, la segunda realización de acuerdo
con la Fig.2 es básicamente idéntica, pero necesita ser modificada
con el fin de colocar el intercambiador de calor interno 6 en la
parte superior del refrigerador de gas 2.
El canal intermedio 26 es usado aquí para
alimentar el refrigerante, el cual está bajo alta presión "aguas
arriba" desde la cámara inferior 18 del tubo de distribución o
colector. Después es introducido a través de un grupo de primeros
tubos de intercambio de calor 8a y 8b dentro de la cámara superior
20a sobre la cámara 20 provista de un adaptador de conexión 24, y
entregado desde aquí dentro de la cara de alta presión 52 del
colector 50 del intercambiador de calor interno 6.
En contraste con la realización de la Fig. 1, en
la realización de la Fig. 2 un tubo sumergido 54 está dispuesto
dentro del colector 4 en la cara de baja presión, y este tubo se
sumerge dentro de la fase líquida 30 del colector 4 en la cara de
baja presión hasta que está cerca de la base de este último, se
introduce en la fase gaseosa del refrigerante, separada de la fase
líquida, desde la cara superior del colector 4 en la cara de baja
presión sobre la abertura de la línea 42 e, invirtiendo la dirección
del flujo, se introduce dentro de la cara de baja presión 48 del
intercambiador de calor interno 6 (en el caso de la realización de
la Fig. 1, esto tiene lugar sin el tubo sumergido a través de la
abertura superior 44 y el canal intermedio 26).
En la parte inferior de la curva en forma de U 56
del tubo sumergido 54, está formado un orificio de desagüe 58 en el
cual, bajo el gradiente de presión funcionalmente existente en la
parte inferior del colector 4 en la cara de baja presión, la fase
líquida enriquecida con el aceite lubricante es introducida y
transportada junto con la fase gaseosa en el tubo sumergido 54.
Como se puede observar con más detalle a partir
de las Figs. 7 y 8, el intercambiador de calor 6, cuyo haz de
segundos tubos de intercambio de calor 14 tienen refrigerante
suministrado al mismo como intercambiador de calor a
contracorriente, tiene la siguiente estructura básica en ambas
realizaciones de las Figs. 1 y 2.
En el intercambiador de calor 2 y en el
intercambiador de calor interno 6, unos tubos lisos que están
diseñados idénticamente, en términos de su contorno exterior y
preferentemente también en la sección transversal del tubo interior,
son usados como los primeros tubos de intercambio de calor 8 del
refrigerador de gas 4 y como segundos tubos de intercambio de calor
14 del intercambiador de calor interno 6.
En este caso, como se indica en la Fig. 7, el haz
de primeros tubos de intercambio de calor 8 se extienden en la
dirección longitudinal del refrigerador de gas 2, y un haz de una
primera pila 60 de segundos tubos lisos 14 del intercambiador de
calor interno 6, están espacialmente cubiertos en la dirección
vertical de modo que los bordes de los primeros y segundos tubos 8 y
14 están verticalmente al mismo nivel uno del otro.
En el intercambiador de calor interno 6, una
segunda pila 62 de los tubos de intercambio de calor interno 14, que
está construida idénticamente a la primera pila 60, está dispuesta
lateralmente contigua a la primera pila 60 de los segundos tubos de
intercambio de calor 14. Una abertura de acceso 64 para el
refrigerante, dispuesta centradamente entre las dos pilas 60 y 62,
se ha dejado libre entre las dos pilas 60 y 62. Puede observarse a
partir de la Fig. 7, que las dos pilas 60 y 62 tienen una amplitud
total, que incluye la abertura de acceso 64, que corresponde
aproximadamente al diámetro interno libre del colector 50 del
intercambiador de calor 6, y por la dimensión de la abertura de
acceso central 64 es mayor que dos veces el haz de los primeros
tubos de intercambio de calor 8 del refrigerador de gas 2. La
estructura 50 del intercambiador de calor interno 4, por su parte,
tiene aproximadamente la misma dimensión externa que la carcasa 94
del colector 4 en la cara de baja presión, la cual está configurada
con un contorno circular, de modo que en este aspecto los dos
elementos 50 y 94 tienen idénticas profundidades de instalación en
el motor automóvil. Esta uniformidad de las profundidades de
instalación hace posible, con las dos pilas 60 y 62 de los segundos
tubos de intercambio de calor, además, por la altura de las
respectivas pilas, ser partidas en dos en comparación con una única
pila mientras tengan el mismo rendimiento.
Además, la abertura de acceso 64 también hace la
función de canal. Esto es porque los tubos lisos 66 con una longitud
relativamente larga y los tubos liso 68 con una longitud
relativamente corta se alternan en ambas pilas 60 y 62. Los tubos
lisos 66 que tienen una longitud relativamente grande están en este
caso conectados en el respectivo colector 50 para comunicarse con su
cara de baja presión 48, la cual es distante desde los tubos lisos,
mientras que los tubos lisos que tienen una longitud corta se abren
para comunicarse en la cara de baja presión 52 del colector 50, y
estos se comunican a través de un adaptador de conexión 70 con la
cámara contigua 20 en el tubo de distribución o colector 16. La cara
de baja presión 48 se comunica mediante un adaptador de conexión 72
con el canal intermedio 26 en la realización de la Fig. 1, y con el
tubo sumergido 54 en la realización de la Fig. 2. En este caso, los
dos adaptadores de conexión 70 y 72 definen la respectiva cara de
entrada del intercambiador de calor interno. En la cara de salida,
la cara de baja presión 48 del intercambiador de calor interno está
conectada con el circuito refrigerante mediante un adaptador de
conexión de salida 74, y la cara de baja presión 52 mediante un
adaptador de conexión de salida 76, como también puede observarse
con más detalle a partir de la Fig. 4 con la representación del
circuito refrigerante.
La Fig. 4 representa el circuito refrigerante en
el caso de una unidad de acuerdo con la Fig. 1 en la dirección del
flujo. El refrigerante está en este caso alimentado a partir de un
compresor 78 mediante una línea de alta presión 82 al adaptador de
entrada 24 para el refrigerador de gas, y vuelve a emerger desde el
intercambiador de calor interno 6 en el conector de conexión 76 de
la cara de baja presión, y después alimenta mediante la línea de
líquido 84 en la cara de baja presión a un dispositivo regulador 80,
el cual reduce la alta presión del refrigerante a una baja presión
y, mediante una línea de baja presión 86, suministra un evaporar 34
que convierte el refrigerante líquido al menos parcialmente en la
fase gaseosa y lo alimenta a la línea 88 en la cara de baja presión
al adaptador de conexión 36 en la tapa superior 38 del colector 4 en
la cara de baja presión. Antes de tener fluido a través del colector
4 en la cara de baja presión y a través del intercambiador de calor
interno 6, la fase gaseosa del refrigerante vuelve a emerger desde
la cara de salida del adaptador de conexión 74 del intercambiador de
calor 6 y se realimenta en un circuito cerrado a la entrada del
compresor 78 mediante la línea de entrada 90 que está a baja
presión.
En el colector 50, la cara de baja presión 48 y
la cara de alta presión 52 están respectivamente divididas entre sí
de manera estanca mediante una pared intermedia 92, la cual es usada
como tubo inferior para los segundos tubos de intercambio de calor
14 que tienen extremos largos.
Como se puede apreciar en la Fig. 8, la carcasa
98 del colector 50, dentro de la cual la pared intermedia 92
consiste en una placa metálica soldada con estaño encajada, está
diseñada en una de sus caras extremas con una pared extrema integral
96 que, por su parte, se une solidariamente dentro del adaptador de
conexión 70 en la cara de baja presión que comunica con la cara de
alta presión 52 del colector 50 del intercambiador de calor 6.
En la otra cara extrema, la carcasa 98 del
colector 50 está cerrada con una tapa separada 100 que tiene un
reborde en el lado externo para soldarse a la carcasa 98. El
adaptador de conexión 74 para la cara de baja presión 48 del
colector 50, a través del cual el refrigerante puede ser
suministrado a la cara de baja presión 48 de los tubos lisos 66 de
la cara de baja presión, o descargado desde ellos, está además
dispuesto en la tapa 100.
Para hacer posible el posicionamiento ajustado
durante el ensamblaje de la tapa 100 con la carcasa 98 así como
mantenerlo durante el proceso de soldadura, un espárrago 104 está
dispuesto en la pared intermedia 92 y un orificio 106, a través del
cual el espárrago 104 encaja y es fijado para determinar la posición
después del ensamblaje, está practicado en la tapa 100.
Mientras que en las Figs. 7 y 8 los segundos
tubos de intercambio de calor 14 están dispuestos con sus caras
lisas paralelas a los primeros tubos de intercambio de calor 8, la
Fig. 6 representa una disposición de los mencionados tubos lisos
girados a 90º. En esta realización, el refrigerante que está
sometido a alta temperatura en la cámara 52 de la cámara de alta
presión del colector 50 entre las caras lisas paralelas de los tubos
lisos 66 que tienen una longitud relativamente grande puede entrar
en la abertura de entrada 106 de los tubos lisos 68 que tienen una
longitud relativamente pequeña. Los tubos lisos 68 y 66 están, como
en la realización de acuerdo con la Fig. 8, preferentemente apilados
alternativamente unos sobre otros, aunque otras disposiciones
también son posibles, p. ej. dos tubos lisos 68 combinados con un
tubo liso 66 en cada caso.
A través de la realización correspondiente a la
Fig. 6, es posible operar sin abertura de acceso central 64, de modo
que la pila de segundos tubos de intercambio de calor 14 pueden
tener esencialmente la misma altura que la profundidad total del
refrigerador de gas 2 medida en la dirección de acceso del aire
ambiente, que es proporcionado mediante la longitud de los primeros
tubos de intercambio de calor 8 (medida en la dirección de las caras
lisas).
La estructura del colector 50 es similar a la de
la realización de la Fig. 8.
La única diferencia es que en la Fig. 6 la tapa
100 está prevista como una parte lisa sin un reborde 102 para la
soldadura a la carcasa 98.
Para soldar el colector 50 al tubo de
distribución o colector 16 mediante el adaptador de conexión de la
cara de alta presión 70, un anillo de anclaje 108 puede también
estar insertado entre las dos partes antes de la soldadura.
Para obtener una estructura de presión estable,
siempre que sea posible independientemente de la calidad de
soldadura, del tubo de distribución o colector 16, del canal
intermedio 26 y del colector 4 en la cara de baja presión, tal como
se ha representado en la Fig. 5, las tres partes mencionadas
anteriormente pueden estar fabricadas mediante una pieza integral
extruída.
Con el fin de alojar los primeros tubos de
intercambio de calor 8, unas ranuras de soporte de los tubos 110
están fabricadas en un proceso subsiguiente al proceso de extrusión,
acoplándose los extremos de los primeros tubos de intercambio de
calor 8 con dichas ranuras directa o indirectamente mediante una
placa inferior adicional 112, la cual también puede estar provista
de un reborde 114 para una mejor soldadura a los primeros tubos de
intercambio de calor 8. En el caso en que una placa inferior 112 es
empleada, también puede ser usada para proporcionar el estañado el
cual es necesario para soldar los primeros tubos de intercambio de
calor 8 extruídos al tubo de distribución o colector extruído 16,
siendo el estañado aplicado como un revestimiento en ambas caras de
la placa inferior 112.
Las Figs. 3a y 3b representan la combinación de
un intercambiador de calor de acuerdo con la Fig. 1 con un
refrigerador de motor visto paralelo al eje longitudinal del
colector en la cara de baja presión. Ya que, en la posición de
instalación, el colector 4 en la cara de baja presión así como los
tubos de distribución o colector 16 están siempre dispuestos
verticalmente, la representación en las Figs. 3a y 3b también
corresponde a una vista hacia arriba en la posición instalada contra
la dirección de la gravedad. Para representar mejor la función del
intercambiador de calor interno 6, este último está representado
también en sección longitudinal. Las Figs. 3a y 3b muestran en
detalle un refrigerador de motor 116, el cual tiene una red de
intercambio de calor 118 y unas cajas de distribución/colector 120 a
través de las cuales el refrigerante es suministrado o descargado de
los tubos de intercambio de calor individuales de la red de
intercambio de calor 118. Los elementos de intercambio de calor de
acuerdo con la invención están representados de manera similar a la
realización de acuerdo con la Fig. 1 y Fig. 8.
A través de un correspondiente diseño de
realización del canal intermedio, el tubo de distribución o colector
16 del refrigerador de gas, está por tanto igualmente dispuesto tan
cerca como sea posible de la red de intercambio de calor 118 en la
dirección del aire A, para mantener la profundidad total común a la
unidad terminada del refrigerador de motor 116 y del refrigerador de
gas 2 tan pequeña como sea posible en la dirección del aire A.
A través de la realización de doble hilera del
intercambiador de calor interno 6 en la dirección del aire A, con
una primera y segunda pila 60,62, la profundidad total del
intercambiador de calor según la invención de acuerdo con la Fig. 1
es dos veces mayor en el rango de altura del intercambiador de calor
interno 6 como en el rango de altura del intercambiador de gas 2. De
acuerdo con las Figs. 3a, 3b existen por tanto dos posibles
realizaciones preferidas de la hilera de tubos adicional, la cual
aumenta la profundidad total del refrigerador de gas y está indicada
mediante la pila 62 de los segundos tubos de intercambio de calor
14.
En la Fig. 3a, la primera pila 60 de los segundos
tubos de intercambio de calor 14, los cuales están dispuestos
alineados verticalmente con los primeros tubos de intercambio de
calor 8 del refrigerador de gas 2, está encajada directamente en
frente de la red de intercambio de calor 118 en la dirección del
aire A con tolerancias apropiadas, mientras que la segunda pila 62
de los tubos de intercambio de calor interno 14 está dispuesta bajo
la red de intercambio de calor 118 del refrigerador de motor 116 en
la posición de instalación.
En esta realización 3a, las partes del colector
50 del intercambiador de calor interno 6 están igualmente dispuestas
bajo la red de intercambio de calor 118 o bajo las cajas colectoras
120 del refrigerador motor 116.
Esta realización es preferible cuando la
profundidad total en la dirección del aire A para la segunda pila 62
no está disponible en el rango de altura del intercambiador de calor
interno 6, y cuando el caudal directo en la cara del aire está en
cualquier caso tan perturbado por los accesorios específicos del
vehículo en el rango de altura del intercambiador de calor interno 6
que reducen la altura total de la red de intercambio de calor 118,
medido en la dirección longitudinal de las cajas colectoras 120, no
conlleva a ninguna reducción del rendimiento.
La realización correspondiente a la Fig. 3b es
preferida cuando existen a la vez un buen flujo directo en la cara
del aire y suficiente espacio en la dirección del aire A para la
segunda pila adicional 62 de los tubos de intercambio de calor
interno 14 en el rango de altura del intercambiador de calor interno
6.
Si el espacio cercano a las caras lisas entre los
primeros tubos de intercambio de calor 8 del refrigerador de gas 2
es elegido para ser similar al espacio de los tubos de intercambio
de calor de la red de intercambio de calor 118, es posible conectar
los dos tubos lisos con un corrugado común 10c usando láminas en
zigzag, y opcionalmente también puede tener paredes de conexión
común una a la otra.
Si el espacio cercano a las caras lisas entre los
primeros tubos de intercambio de calor 8 del refrigerador de gas 2
es elegido para ser similar al espacio de los tubos de intercambio
de calor de la red de intercambio de calor 118, es posible conectar
los dos tubos lisos con un corrugado común 10c usando láminas en
zigzag.
La unidad intercambiador de calor según la
invención de acuerdo con la Fig. 1 ó Fig.2, y la red de intercambio
de calor 118 del refrigerador de calor 116, pueden por tanto ser
soldadas completamente durante la producción en un único proceso, de
modo que por una parte, se puede ahorrar tiempo de soldadura y, por
otra parte, la sujeción de la unidad intercambiador de calor de
acuerdo con la invención del refrigerador de motor 116 ya no es
necesaria.
A través de los correspondientes cortes, los
cuales se han realizado transversalmente con respecto a la dirección
del aire A en las láminas zigzag 10c, cualquier flujo de calor
indeseado a partir de la red de intercambio de calor 118 sobre los
tubos lisos del refrigerador de gas 8 está enormemente limitado, por
lo que incluso es posible operar con un nivel de temperatura que
difiere entre el circuito refrigerante del motor y el refrigerador
de gas.
A partir de las unidades que han sido descritas,
integradas por el refrigerador de gas 2, el colector 4 en la cara de
baja presión y el intercambiador de calor interno 6, esta claro que
la conexión del refrigerador de gas 2 al intercambiador de calor
interno 6 y al colector 4 en la cara de baja presión está libre de
conexiones de tubo espaciadoras, y que el refrigerador de gas 2
además tiene paredes de conexión comunes, ambas con el colector 4 en
la cara de baja presión, de en particular Fig. 5, y con el
intercambiador de calor interno 6, de en particular las Figs. 6 a
8.
Claims (24)
1. Un refrigerador de gas a alta presión (2) para
un sistema de aire acondicionado de un vehículo automóvil que tiene
un circuito refrigerante que comprende, en la dirección del flujo
del refrigerante, el refrigerador de gas (2), un intercambiador de
calor interno (6) operable para intercambiar calor entre las caras
de alta presión y de baja presión, caracterizado por el hecho
de que el refrigerador de gas (2) y el intercambiador de calor
interno (6) son combinados para formar una única unidad.
2. Un refrigerador de gas (2) para un circuito
refrigerante de un sistema de aire acondicionado de un vehículo
automóvil, incluyendo el circuito refrigerante, en la dirección del
flujo del refrigerante, el refrigerador de gas (2), un
intercambiador de calor interno (6) que intercambia calor entre las
caras de alta presión y baja presión, y un colector en la cara de
baja presión (4), el cual se comunica mediante la cara de baja
presión del intercambiador de calor interno (6) con la cara de
admisión del compresor, caracterizado por el hecho de que el
refrigerador de gas (2) y el colector en la cara de baja presión (4)
son combinados para formar una única unidad.
3. Un refrigerador de gas (2) para un circuito
refrigerante a alta presión de un sistema de aire acondicionado de
un vehículo automóvil, incluyendo el circuito refrigerante, en la
dirección del flujo del refrigerante, un intercambiador de calor
interno (6) que intercambia calor entre las caras de alta presión y
baja presión, que se comunican mediante la cara de baja presión del
intercambiador de calor interno (6) con la cara de admisión del
compresor (78), caracterizado por el hecho de que el
refrigerador de gas (2), el intercambiador de calor interno (6) y el
colector en la cara de baja presión (4) son combinados para formar
una única unidad.
4. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 3, el cual describe un haz de primeros tubos de
intercambio de calor (8) del refrigerador de gas (2), el cual está
diseñado como un intercambiador de calor de corriente transversal y
tiene un alineamiento básico horizontal de tubos de intercambio de
calor (8) en la posición normal de instalación en el vehículo
automóvil, y el cual describe un haz de segundos tubos de
intercambio de calor (14) del intercambiador de calor interno (6),
el cual tiene al menos casi totalmente o esencialmente el mismo
alineamiento básico que los primeros tubos de intercambio de calor
(8) y está diseñado como un intercambiador de calor de corriente
transversal.
5. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el haz de segundos tubos de intercambio
de calor (14) está dispuesto encima del haz de primeros tubos de
intercambio de calor (8).
6. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el segundo haz de segundos tubos de
intercambio de calor (14) está dispuesto debajo del haz de primeros
tubos de intercambio de calor (8).
7. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 4 ó 6, en el que, opcionalmente con la excepción del
corrugado (10), los segundos tubos de intercambio de calor (14)
están diseñados de manera idéntica a los primeros tubos de
intercambio de calor (8).
8. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 3 ó 7, en el que el intercambiador de calor
interno (6) tiene un haz de (segundos) tubos de intercambio de calor
(14), soldados directamente los unos con los otros, los cuales están
dispuestos alternativamente en las caras de alta presión y de baja
presión.
9. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 3 ó 8, en el que el refrigerador de gas (2) y/o
el intercambiador de calor interno (6) tiene un haz de primeros y/o
segundos tubos de intercambio de calor (8,14), siendo los primeros
y/o segundos tubos de intercambio de calor lisos.
10. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que, cuando ambos primeros (8) y segundos
(14) tubos de intercambio de calor están diseñados como tubos lisos,
la orientación de las caras lisas de los primeros y de los segundos
tubos de intercambio de calor es la misma, en el que los segundos
tubos de intercambio de calor (14) tienen diferentes longitudes de
sus extremos dependiendo de si están colocados en la cara de alta
presión o en la cara de baja presión, y en que la disposición de los
segundos tubos de intercambio de calor (14) está interrumpida por al
menos una, preferentemente una única dispuesta centradamente,
abertura de acceso (64) para el refrigerante con el fin de aplicarlo
en los segundos tubos de intercambio de calor (14) teniendo la menor
longitud de sus extremos.
11. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 10, en el que el haz de segundos tubos de intercambio
de calor (14) está fabricado de al menos dos, preferentemente
idénticos, haces separados (50,52) de tubos lisos apilados unos con
otros.
12. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que cuando ambos primeros (8) y segundos
(14) tubos de intercambio de calor están diseñados como tubos lisos,
la orientación de las caras lisas de los primeros y segundos tubos
de intercambio de calor es oblicua, preferentemente con ángulos
rectos unos respecto a los otros, y en que los segundos tubos de
intercambio de calor (14) tienen diferentes longitudes de sus
extremos dependiendo de si están colocados en la cara de alta
presión o en la cara de baja presión.
13. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 3 ó 12, en el que el intercambiador de calor
interno (6) tiene, en cada uno de los dos extremos de un haz de
(segundos) tubos de intercambio de calor (14), un colector (50) que
está dividido en al menos dos cámaras, una de las cuales está
dispuesta en la cara de alta presión (52) y la otra en la cara de
baja presión (48).
14. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que el colector (50) es una estructura que
tiene una carcasa (94), la cual es preferentemente una parte
moldeada o presionada, y una pared separadora (92), fabricada de
otro material, preferentemente una placa metálica soldada con
estaño, encajada en la carcasa entre la cara de alta presión (52) y
la cara de baja presión (48).
15. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, en el que la pared separadora (92) entre la
cara de alta presión (52) y la cara de baja presión (48) del
colector (50) es al mismo tiempo el tubo inferior para los de los
(segundos) tubos de intercambio de calor (14) colocados en la cara
de alta presión (52) o en la cara de baja presión (48) que se
comunica con la cámara colector remota a partir estos tubos de
intercambio de calor.
16. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 14 ó 15, en el que la carcasa (94) del colector (50)
está diseñada en una de sus caras extremas con una pared extrema
final (96) la cual, por su parte, está diseñada solidariamente con
un adaptador de conexión al refrigerador de gas o al colector en la
cara de baja presión, y en que la carcasa (94) del colector (50)
tiene, en su otra cara extrema, una tapa separadora (100) la cual
está provista con un orificio de salida de refrigerante.
17. El refrigerador de gas de acuerdo con una de
las reivindicaciones 2 a 16, en el que el colector en la cara de
baja presión (4), se extiende transversalmente con respecto a los
(primeros) tubos de intercambio de calor (8) del refrigerador de gas
(2).
18. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 17, en el que el colector en la cara de baja presión
(4) está conectado al refrigerador de gas (2) mediante un canal
intermedio (26) el cual, dependiendo de si el intercambiador de
calor interno está dispuesto encima o debajo del refrigerador de gas
(2), alimenta la fase gaseosa del refrigerante que emerge desde el
refrigerador de gas hacia arriba hasta el intercambiador de calor
interno o alimenta la fase gaseosa del refrigerante, separada de la
fase líquida del refrigerante en el colector en la cara de baja
presión, hacia abajo hasta el intercambiador de calor interno
(6).
19. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 18, en el que al menos la carcasa (94) del colector
en la cara de baja presión (4), la carcasa del canal intermedio y la
carcasa del tubo de distribución o colector del refrigerador de gas
están fabricados solidariamente, preferentemente como una parte
extruída.
20. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 18 ó 19, en el que al menos una abertura pasante
(46), para el reciclado del refrigerante del compresor que ha
entrado, está formada entre el colector (4) en la cara de baja
presión y el canal intermedio.
21. El refrigerador de gas de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 20, en el que la conexión del refrigerador
de gas (2) al intercambiador de calor interno (6) y/o al colector en
la cara de baja presión está libre de conexiones del tubo
espaciadoras.
22. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 21, en el que el refrigerador de gas (2) y el
intercambiador de calor interno (6) y/o el colector en la cara de
baja presión (4) tienen paredes de conexión comunes unas con las
otras.
23. El refrigerador de gas de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 22, en el que el refrigerador de gas (2) y el
refrigerador de motor (116) del vehículo automóvil son combinados
para formar una única unidad.
24. El refrigerador de gas de acuerdo con la
reivindicación 23, en el que el refrigerador de gas (2) y el
refrigerador de motor (116) tienen un corrugado común (10c) de sus
respectivos tubos de intercambio de calor (8,118) y/o placa extremas
comunes.
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