ES2285593T3 - Sistema de climatizacion para vehiculo. - Google Patents
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Abstract
Un vehículo que comprende un sistema de climatización que funciona según el procedimiento de vapor frío de CO2, en el que circula dióxido de carbono (CO2) como medio de refrigeración en un circuito cerrado mediante un compresor (3) hacia un intercambiador (1, 2) térmico y vuelve, y una unidad (5) de motor/sistema de transmisión que presenta un circuito (4) de refrigeración, caracterizado porque el intercambiador (1, 2) térmico está conectado de manera fija con la unidad (5) de motor/sistema de transmisión y puede enfriarse mediante su circuito (4) de refrigeración.
Description
Sistema de climatización para vehículo.
La invención se refiere a un automóvil con
sistema de climatización.
Los sistemas de climatización anteriores
utilizaban hidroclorofluorocarbonos (denominados HCFC, por ejemplo,
R11 o bien R12) como medios refrigerantes. Estos tienen la
desventaja de que dañan la capa de ozono y por lo tanto en los
sistemas de refrigeración más recientes se sustituyeron por medios
refrigerantes a base de hidrocarbonos parcialmente fluorados (por
ejemplo R134a) que no tienen inherente este potencial que daña la
capa de ozono. Una ventaja fundamental del empleo de CO_{2} (R744)
radica, en contraposición al empleo de otros medios refrigerantes,
en que el medio refrigerante por un lado está ampliamente disponible
y es económico, y por otro lado no puede producirse ninguna carga
al medio ambiente.
Un automóvil con un sistema de climatización que
funciona con CO_{2} según el preámbulo de la reivindicación 1 se
conoce por el documento US 2002/0020183 A1.
En automóviles actuales, que están equipados con
sistemas de climatización, que funcionan con R134a como medio
refrigerante, se utilizan compresores fijados al motor e
intercambiadores térmicos fijados a la carrocería (condensadores)
que disponen de partes flexibles (por ejemplo, piezas de tubo
flexibles) en el conducto del climatizador (conducto de descarga).
El conducto de climatizador se carga mediante el movimiento relativo
entre el motor y la carrocería, la presión en el sistema de
climatización (aproximadamente 30 bar) y la temperatura (hasta
aproximadamente 120ºC).
En el empleo de R744 como medio refrigerante
deben considerarse sus propiedades termodinámicas, debido a las
cuales aparecen presiones mucho más altas en el sistema (presión
máxima: aproximadamente 130 bar). Además, la temperatura máxima del
medio refrigerante es mayor (temperatura máxima > 165ºC). El
CO_{2} puede entrar en el intercambiador térmico (refrigerador
por gas) con una temperatura de aproximadamente 150ºC y mediante la
corriente de aire frío se enfría hasta una temperatura ambiente. La
temperatura de entrada relativamente alta del gas trae consigo
solicitaciones de material considerables del enfriador por gas
fabricado de chapas de aluminio, lo que durante su diseño, debe
tenerse en cuenta de manera correspondiente, además de las presiones
extremadamente altas que reinan en los circuitos de CO_{2} y se
refleja habitualmente en grosores de chapa mayores o bien en una
configuración más estable a la presión.
De todo esto se deduce que la disposición
conocida para sistemas de climatización a base del medio
refrigerante R134a y también descrita en el documento US
2002/0020183 con compresores fijados al motor e intercambiadores
térmicos fijados a la carrocería no es óptima para el empleo de
R744, dado que las partes flexibles (por ejemplo, piezas de tubo
flexible) en el conducto de climatizador (conducto de descarga) se
cargan mediante presiones y temperaturas todavía más altas, lo que
reduce su durabilidad y puede llevar a averías en el sistema de
climatización.
Por el documento US 4 036 029 se conoce un
sistema de climatización de vehículo en el que el compresor y el
intercambiador térmico estén agrupados en un grupo de construcción
que como un todo se accione de manera giratoria alrededor de un
árbol conectado fijamente con el motor del vehículo.
La invención se basa en el objetivo de
proporcionar un automóvil con un sistema de climatización de
funcionamiento más seguro a base del medio refrigerante R744, que
de manera sencilla consigue un efecto de refrigeración rápido al
arrancar el vehículo. Otro objetivo es crear un automóvil con
sistema de climatización cuyo motor tras su arranque consiga
rápidamente un estado operativo eficiente y no contaminante.
Los objetivos se alcanzan mediante un automóvil
con las características de la reivindicación 1. La posibilidad de
enfriar el intercambiador térmico a través del circuito de
refrigeración del motor contribuye especialmente en el intervalo de
carga reducida del motor del automóvil y en fases de arranque del
mismo a que el sistema de climatización despliegue su efecto de
refrigeración de manera más rápida, además provoca un calentamiento
rápido del circuito de refrigeración del motor y por tanto del mismo
motor, que es necesario para que el motor funcione de manera
eficiente y no contaminante.
La unidad de motor y sistema de transmisión en
el alcance de la presente solicitud se denomina como tren de
propulsión (Powertrain). El término "fijado al tren de
propulsión" señala por tanto la conexión fija entre un
componente y el motor o sistema de transmisión. El intercambiador
térmico en el alcance de la presente invención en lo que respecta
al medio de refrigeración R744 está configurado de manera ventajosa
como enfriador por gas.
En formas de realización preferidas de la
presente invención, tanto el compresor como también el
intercambiador térmico están fijados al tren de propulsión. La
conexión entre ambos se realiza entonces a través de un conducto de
climatizador configurado también fijado al tren de propulsión para
el medio refrigerante R744 (en lo sucesivo denominado también como
conducto A/C o conducto de descarga). Los sistemas de climatización
para vehículos según la invención especialmente preferidas se
caracterizan por tanto porque el intercambiador térmico está
conectado con el compresor a través de un conducto fijado al tren de
propulsión.
\newpage
Según la invención es posible configurar el
conducto de descarga dispuesto fijado al tren de propulsión
totalmente o parcialmente flexible, por ejemplo, mediante una
realización como tubo flexible de aletas. Sin embargo los conductos
de descarga preferidos son rígidos de manera que los sistemas de
climatización para vehículos especialmente preferidos se
caracterizan porque el conducto fijado al tren de propulsión está
configurado sin elementos flexibles.
El conducto de descarga conecta compresor e
intercambiador térmico y puede estar conectado con ambos en cada
caso a través de uniones roscadas separables. No obstante, según la
invención también es posible dotar al intercambiador térmico con un
conducto de descarga instalado de manera fija en el mismo y producir
la conexión con el compresor a través de uniones roscadas
separables. La conexión fija entre intercambiador térmico y
conducto de descarga puede realizarse, por ejemplo, mediante
soldadura directa, soldadura indirecta fuerte, soladura indirecta o
engarce a presión.
Resumiendo, se prefieren sistemas de
climatización para vehículos según la invención en los que el
conducto fijado al tren de propulsión esté conectado con el
compresor a través de uniones roscadas separables. Con respecto a
la conexión entre intercambiador térmico y conducto de descarga se
prefieren tanto sistemas de climatización para vehículos en los que
el conducto fijado al tren de propulsión está conectado con el
intercambiador térmico a través de uniones roscadas separables,
como también sistemas de climatización para vehículos en los que el
conducto fijado al tren de propulsión esté conectado de manera fija
con el intercambiador térmico.
Como material para el conducto de descarga se
ofrecen materiales que también pueden emplearse habitualmente en la
construcción para vehículos para intercambiadores térmicos. Se
prefieren aluminio o sus aleaciones, por ejemplo, con magnesio, o
acero. Así pues, los sistemas de climatización para vehículos según
la invención se caracterizan porque el conducto fijado al tren de
propulsión está fabricado de aluminio, sus aleaciones o acero.
Mediante la realización fijada al tren de
propulsión de intercambiador térmico y conducto de descarga el
conducto puede realizarse de manera sencilla y económica resistente
a la alta presión y a la alta temperatura. Se omiten piezas de
conexión flexibles sensibles a la temperatura y la presión,
especialmente los juntas para compensar el movimiento del motor.
Con ello la fabricación del conducto se simplifica y por tanto el
conducto es claramente más económico. Se omiten operaciones de
montaje para implementar partes de conexión de tubo flexible de
metal o plástico. Además, la durabilidad del conducto resistente a
la alta temperatura y a la alta presión aumenta y se evitan puntos
de fuga potenciales.
Para mejorar el rendimiento del intercambiador
térmico, el conducto de descarga fijado al tren de propulsión puede
ponerse en contacto termoconductor con el sistema de refrigeración
del vehículo. En este caso se aprovecha la circunstancia de que la
temperatura del medio de refrigeración del motor en condiciones
ambientales de calor se sitúa sustancialmente por debajo de la
temperatura del gas en la entrada del enfriador por gas. Mediante
esta medida la temperatura de entrada del medio de refrigeración
R744 puede disminuirse por adelantado. Por consiguiente, en el
diseño del intercambiador térmico (enfriador por gas) puede tenerse
en cuenta una temperatura más baja, lo que se refleja en costes de
material o bien de fabricación más reducidos. Así pues el enfriador
por gas solamente debe diseñarse bajo el punto de vista de las
presiones máximas que aparecen. Las cargas por cambios de
temperatura desempeñan solamente un papel subordinado o al menos
menor.
Por tanto, los sistemas de climatización para
vehículos preferidos según la invención se caracterizan porque el
conducto de descarga fijado al tren de propulsión está configurado
enfriado por agua de refrigeración.
En tales sistemas de climatización para
vehículos preferidos, el conducto de descarga (conducto de afluencia
al enfriador por gas de CO_{2}) está configurado como
intercambiador térmico. En este caso está en contacto de
intercambio térmico con el medio refrigerante que fluye a través del
enfriador de medio refrigerante y/o con la corriente de aire de
refrigeración para conseguir así un enfriamiento previo del medio
refrigerante R744.
En formas de realización preferidas de la
presente invención, el intercambiador térmico (enfriador por gas)
funciona según el principio de contracorriente cruzada y por lo
tanto es muy eficaz en el intercambio térmico. Por ejemplo, puede
estar compuesto de tubos planos de múltiples cámaras curvados a modo
de serpentina, estando dispuestas cada una de las serpentinas de
cada tubo plano de múltiples cámaras unas detrás de otras en
horizontal. Cada tubo plano de múltiples cámaras forma por tanto un
plano y está situado con uno de sus lados estrechos en la dirección
de corriente del medio de refrigeración. Entre los tubos planos de
múltiples cámaras curvados a modo de serpentina están dispuestas
aletas de refrigeración o similares por las que fluye el medio de
refrigeración. Los dos tubos colectores del enfriador por gas
pueden estar dispuestos en un lado de la red de refrigeración
configurada de esta manera o en lados enfrentados.
El conducto de descarga según la invención
configurado preferiblemente fijado al tren de propulsión puede
estar configurado también dividido, por ejemplo, para integrar en el
sistema circuitos de calentamiento adicionales. Como puntos de
separación en la bifurcación se emplea preferiblemente una válvula
de mando para poder conectar o desconectar opcionalmente circuitos
adicionales. Por lo tanto se prefieren sistemas de climatización
para vehículos según la invención en los que el conducto fijado al
tren de propulsión está realizado dividido, empleándose de manera
preferida como punto de separación una válvula de mando.
Especialmente preferidos son sistemas de climatización para
vehículos según la invención en los que el conducto fijado al tren
de propulsión está conectado con un sistema de calefacción
adicional mediante una válvula de mando accionada preferiblemente o
por el sistema electrónico del sistema de climatización o bien por
el sistema electrónico del motor.
Las formas de realización ventajosas de la
invención son objeto de las reivindicaciones dependientes y pueden
deducirse de la siguiente descripción mediante los dibujos.
Muestran:
la figura 1, una representación esquemática de
una primera forma de realización de un sistema de climatización con
un conducto de afluencia (conducto de descarga) hacia el
intercambiador térmico,
la figura 2, una representación esquemática de
una segunda forma de realización de un sistema de climatización con
un conducto de afluencia realizado dividido (conducto de descarga)
hacia el intercambiador térmico, realizándose la bifurcación hacia
un sistema de calefacción adicional a través de válvulas de
mando.
Un sistema de climatización para vehículos según
la invención tiene, según las representaciones de las figuras 1 y
2, de manera conocida en sí un compresor 3, un intercambiador 2
térmico adyacente en la dirección de la circulación de manera
correspondiente a la flecha 2, en el que al medio de refrigeración
en circulación se le extrae calor, así como un conducto 1 de
afluencia entre el compresor 3 y el intercambiador 2 térmico, que
en el alcance de la presente invención se denomina también como
conducto de descarga. El intercambiador 2 térmico puede enfriarse,
tal como se ha descrito anteriormente, mediante el circuito de
refrigeración del vehículo 4. El intercambiador 2 térmico está
fijado de manera separable mediante un soporte o directamente al
motor, pudiendo estar realizados los medios de sujeción de manera
rígida o con amortiguación de las vibraciones.
La unidad de motor y sistema de transmisión
("powertrain") se representa mediante una caja 5 con líneas
discontinuas. El circuito de enfriamiento representado en este caso
solamente de manera esquemática del vehículo 4 naturalmente no se
limita solo a la zona del "powertrain".
En la dirección de la corriente, dispuestos
detrás del intercambiador 2 térmico se encuentran el conducto 6, un
elemento 7 de expansión que le sigue a continuación en la dirección
del circuito y un intercambiador 8 térmico adicional (evaporador),
a través del cual se realiza el enfriamiento del aire interior,
absorbiendo el medio de refrigeración calor en éste desde el
exterior. Para la climatización del habitáculo de los pasajeros de
un automóvil, el primer intercambiador 2 térmico denominado
habitualmente como condensador en procesos que funcionan de manera
subcrítica se enfría mediante aire ambiente, al dirigirse éste en
contra del intercambiador 2 térmico como viento relativo, o también
soplando mediante un soplador adicional. El segundo intercambiador
8 térmico que absorbe calor o enfría el aire, que habitualmente se
denomina evaporador, está dispuesto en el sistema de distribución
de aire del automóvil o en un canal de corriente secundaria
correspondiente de este sistema, de manera que el aire, en caso de
demanda, puede enfriarse. En la dirección de la corriente, detrás
del segundo intercambiador 8 térmico puede estar previsto un
contenedor intermedio (acumulador) en el que se deposita una parte
del medio de refrigeración (CO_{2}) no evaporado, de manera que
según el estado operativo del sistema en este contenedor está
presente una cantidad de reserva de medio de refrigeración.
En la figura 2, la disposición mostrada en la
figura 1 se perfecciona mediante una realización dividida del
conducto de descarga. A través de una válvula 9 de mando controlado
externamente el conducto de descarga está conectado con un conducto
10 hacia un sistema de calefacción adicional, y a través de una
pieza de conexión o válvula 9' de mando, el conducto de aspiración
está conectado con un conducto 11 desde el sistema de calefacción
adicional.
- 1
- conducto fijado al tren de impulsión (descarga)
- 2
- intercambiador térmico
- 3
- compresor
- 4
- circuito de agua de refrigeración del vehículo
- 5
- motor/sistema de transmisión ("powertrain")
- 6
- conducto
- 7
- elemento de expansión
- 8
- intercambiador térmico (evaporador)
- 9
- válvula de mando
- 9'
- válvula de mando o pieza de conexión
- 10
- conducto hacia el sistema de calefacción adicional
- 11
- conducto desde el sistema de calefacción adicional.
Claims (10)
1. Un vehículo que comprende un sistema de
climatización que funciona según el procedimiento de vapor frío de
CO_{2}, en el que circula dióxido de carbono (CO_{2}) como medio
de refrigeración en un circuito cerrado mediante un compresor (3)
hacia un intercambiador (1, 2) térmico y vuelve, y una unidad (5) de
motor/sistema de transmisión que presenta un circuito (4) de
refrigeración, caracterizado porque el intercambiador (1, 2)
térmico está conectado de manera fija con la unidad (5) de
motor/sistema de transmisión y puede enfriarse mediante su circuito
(4) de refrigeración.
2. El vehículo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el intercambiador (1, 2) térmico
comprende un enfriador (2) por gas y un conducto (1) que puede
enfriarse mediante el circuito (4) de refrigeración.
3. El vehículo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el conducto (1) conectado de manera fija
con la unidad (5) de motor/sistema de transmisión se dirige desde
el compresor (3) al enfriador (2) por gas.
4. El vehículo según una de las reivindicaciones
1 ó 3, caracterizado porque el conducto (1) está configurado
sin elementos flexibles.
5. El vehículo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque el conducto (1) está conectado
mediante uniones roscadas separables con el compresor (3).
6. El vehículo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque el conducto (1) está conectado
mediante uniones roscadas separables con el enfriador (2) por
gas.
7. El vehículo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque el conducto (1) está conectado
de manera fija con el enfriador (2) por gas.
8. El vehículo según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque el conducto (1) está fabricado
de aluminio, sus aleaciones o acero.
9. El vehículo según una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizado porque el conducto (1) está realizado
dividido, estando dispuesta en el punto de separación una válvula de
mando accionada o por el sistema electrónico del sistema de
climatización o bien por el sistema electrónico del motor.
10. El vehículo según la reivindicación 9,
caracterizado porque el conducto (1) está conectado con un
sistema de calefacción adicional mediante la válvula de mando
accionada o por el sistema electrónico del sistema de climatización
o bien por el sistema electrónico del motor.
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