ITTO991120A1

ITTO991120A1 - Sistema per il raffreddamento ed il riscaldamento dell'abitacolo di un veicolo.

Info

Publication number: ITTO991120A1
Application number: IT1999TO001120A
Authority: IT
Inventors: Fabio Mingrino
Original assignee: Fiat Auto Spa
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-06-21
Also published as: EP1112873A3; ITTO991120A0; EP1112873A2; DE60035097T2; DE60035097D1; EP1112873B1; ES2286978T3; IT1311331B1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema per il raffreddamento ed il riscaldamento di un abitacolo di un autoveicolo.

Più specificamente l'invenzione ha per oggetto un sistema atto ad operare, in una prima condizione di funzionamento, come sistema refrigerante e, in una seconda condizione di funzionamento, come sistema riscaldante a pompa di calore.

Il sistema secondo l'invenzione comprende un circuito chiuso in cui un fluido di lavoro è sottoposto ad un ciclo termodinamico, includente un compressore con una luce di mandata collegata ad un condensatore seguito da mezzi di espansione di fluido e quindi da uno scambiatore di calore che è atto a fungere da evaporatore e da condensatore e la cui uscita è collegata all'ingresso di aspirazione del compressore,

^ un condotto di by-pass avente un'estremità connessa fra il compressore ed il condensatore, e l'altra estremità connessa tra detti mezzi di espansione e l'ingresso di detto scambiatore di calore,

mezzi valvolari di commutazione a comando elettrico atti ad assumere una prima ed una seconda condizione operativa in cui il condotto di by-pass è escluso e rispettivamente inserito nel circuito, per cui in detta prima condizione il sistema opera come sistema refrigerante e detto scambiatore di calore funge da evaporatore, e nella seconda condizione il sistema opera come sistema riscaldante a pompa di calore e detto scambiatore funge da condensatore,

un ulteriore scambiatore di calore, del tipo gas/liquido, interposto tra detto scambiatore di calore e l'ingresso di aspirazione del compressore ed atto, in detta prima e rispettivamente in detta seconda condizione operativa dei mezzi valvolari di commutazione, a fungere da accumulatore di fluido di lavoro allo stato liquido e, rispettivamente, da evaporatore;

detto ulteriore scambiatore di calore essendo collegato al circuito di raffreddamento a liquido del motore dell'autoveicolo tramite un'elettrovalvola a portata variabile;

a detta elettrovalvola essendo associati mezzi di controllo atti, quando detti mezzi valvolari di commutazione sono in detta prima condizione operativa, a modificare la portata di detta elettrovalvola in modo tale da provocare un surriscaldamento controllato del fluido di lavoro che entra nel compressore, un funzione della sua temperatura rilevata.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento al disegni allegato che illustra, sotto forma di schema a blocchi, la struttura di un sistema secondo l'invenzione.

Con riferimento alla figura, il sistema secondo l'invenzione, complessivamente indicato con 10, comprende un circuito chiuso 12 mediante il quale un fluido di lavoro viene sottoposto ad un ciclo termodinamico .

Nel circuito 12 sono disposti un compressore 14, un primo scambiatore di calore 16, un primo dispositivo di espansione 18 ed un secondo scambiatore di calore 20.

Il compressore 14 è ad esempio un compressore a stantuffi a cilindrata variabile, e presenta una luce di mandata 14a ed un ingresso di aspirazione 14b.

Lo scambiatore di calore 16 è un condensatore, ed è disposto nel vano motore dell'autoveicolo, mentre il secondo scambiatore di calore 20 è atto da fungere da evaporatore e da condensatore, ed è disposto in un condotto di ventilazione (non illustrato) comunicante con l'abitacolo dell'autoveicolo.

(Fra il dispositivo di espansione e lo scambiatore di calore 20 è preferibilmente disposta una elettrovalvola di intercettazione 19.

Il dispositivo di espansione 18 è ad esempio un tubo con un orifizio tarato.

Fra l'uscita del condensatore 16 ed il dispositivo di espansione 18 può essere convenientemente interposto un filtro a cartuccia 17, ad esempio del tipo a silica-gel o zeoliti. Tale filtro può essere eventualmente integrato nel condensatore 16.

Fra l'uscita dello scambiatore di calore 20 e l'ingresso di aspirazione 14b del compressore 14 sono interposti una disposizione valvolare complessivamente indicata con 22 ed un ulteriore scambiatore di calore 24.

La disposizione valvolare 22 comprende un'elettrovalvola deviatrice 26 avente l'ingresso collegato all'uscita dello scambiatore di calore 20, ed una prima uscita accoppiata direttamente al-1 'ingresso dello scambiatore di calore 24, ed una seconda uscita accoppiata all'ingresso di tale scambiatore di calore 24 attraverso un secondo dispositivo di espansione di fluido 28, quale una valvola di espansione o un tubo con un orifizio tarato.

Lo scambiatore di calore 24 è<' >del tipo gas/liquido ed è atto a fungere da accumulatore del fluido di lavoro allo stato liquido, oppure da evaporatore .

Lo scambiatore di calore 24 è collegato al circuito di raffreddamento a liquido 30 del motore (non illustrato) dell'autoveicolo, tramite un'elettrovalvola 32 a portata variabile. Tale elettrovalvola è ad esempio un'elettrovalvola di tipo proporzionale .

Fra l'uscita 14a del compressore 14 e l'ingresso del condensatore 16 è disposta una seconda elettrovalvola deviatrice, indicata con 34. Tale elettrovalvola ha una prima uscita collegata all'ingresso del condensatore 16, ed una seconda uscita accoppiata ad un'estremità di condotto di by-pass 36. L'altra estremità di tale condotto di by-pass è connessa fra l'elettrovalvola 19 e l'ingresso dello scambiatore di calore 20.

Nel circuito 12, fra l'uscita dello scambiatore di calore 24 e l'ingresso di aspirazione 14b del compressore 14 è disposto un sensore di temperatura 38, destinato a fornire ad un'unità elettronica di controllo 40 segnali elettrici indicativi della - temperatura del fluido gassoso di lavoro all'ingresso di detto compressore.

L'unità di controllo 40 è inoltre predisposta per pilotare le elettrovalvole 19, 26, 32 e 34, nei modi che verranno descritti nel seguito.

L'unità di controllo 40 è predisposta per far assumere alle valvole deviatrici 26, 34 e all'elettrovalvola 19 una prima ed una seconda condizione operativa.

Nella prima di tali condizioni, l'elettrovalvola 19 è aperta ed il fluido di lavoro circola unicamente nel circuito principale 12 e, partendo dal compressore 14, attraversa il condensatore 16, il primo dispositivo di espansione 18, lo scambiatore di calore 20 che funge in questo caso da evaporatore, la valvola 26, e da tale valvola perviene direttamente all'ulteriore scambiatore di calore 24, e poi nuovamente al compressore 14, senza attraversare il secondo dispositivo di espansione 28. In questa condizione, lo scambiatore di calore 24 funge da accumulatore di fluido di lavoro allo stato liquido e l'elettrovalvola 32 viene pilotata dall'unità di controllo 40 in modo tale da provocare un surriscaldamento controllato del fluido di lavoro che entra allo stato gassoso nel compressore 14, in funzione della sua temperatura rilevata dal sensore 38.

Nella prima condizione operativa del sistema sopra descritta, il fluido di lavoro fluisce dunque sostanzialmente secondo la linea a tratti riportata nella figura. In tale condizione il sistema opera come sistema refrigerante, per raffrescare l'aria all'interno dell'abitacolo. Il fluido di lavoro in fase gassosa viene sottoposto ad un aumento di pressione e di temperatura da parte del compressore 14 e perviene quindi al condensatore 16, ove esso cede calore all'ambiente esterno raffreddandosi e passa allo stato liquido. In seguito, attraversando il dispositivo di espansione 18, il fluido di lavoro si espande bruscamente e si raffredda. Attraversando lo scambiatore di calore 20 il fluido di lavoro ritorna allo stato gassoso assorbendo calore dal flusso d'aria che viene inviato nell'abitacolo dell 'autoveicolo. All'uscita dell'evaporatore l'eventuale fluido di lavoro allo stato liquido si deposita nello scambiatore 24, che funge da accumulatore, mentre il fluido di lavoro allo stato gassoso, opportunamente surriscaldato, ritorna quindi al compressore 14.

L'unità di controllo 40 è predisposta per far assumere alle elettrovalvole deviatrici 26, 34 e all'elettrovalvola 19 una seconda condizione operativa, nella quale l'elettrovalvola 19 è chiusa ed il fluido di lavoro effettua il percorso indicato con la linea a tratto e punto nella figura. In tale modo di funzionamento il sistema 10 funge da riscaldatore. Infatti, il fluido di lavoro allo stato gassoso viene sottoposto ad un aumento di pressione e di temperatura da parte del compressore 14 ed attraverso la valvola deviatrice 34 ed il condotto di by-pass 36 viene inviato allo scambiatore di calore 20 disposto nel condotto di ventilazione comunicante con l'abitacolo del veicolo. In questa condizione, tale scambiatore di calore 20 funge da condensatore e cede calore al flusso d'aria diretto all'abitacolo. In seguito, il fluido di lavoro attraverso la valvola deviatrice 26 viene fatto passare nel secondo dispositivo di espansione 28, e ritorna allo stato gassoso prelevando calore dallo scambiatore di calore 24, che opera ora come evaporatore. In questa condizione l'elettrovalvola 32 è pilotata in modo da assicurare un'elevata portata prestabilita di liquido di raffreddamento (caldo) allo scambiatore di calore 24. Tale elettrovalvola 32 può essere in queste condizioni ad esempio mantenuta completamente aperta.

\Il sistema secondo 1'invenzione consente di realizzare i due modi di funzionamento sopra descritto con un'elevata efficienza e con l'impiego di un numero ridotto di componenti.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, come definita nelle annesse rivendicazioni.

In una variante di realizzazione non illustrata la disposizione valvolare 20 mostrata nel disegno può essere sostituita da una semplice elettrovalvola a strozzamento atta ad assumere selettivamente una condizione in cui è pienamente pervia al flusso di fluido di lavoro fra gli scambiatori di calore 20 e 24, ed una condizione in cui strozza la sezione di passaggio per tale fluido, riducendola ad una sezione ristretta atta a provocare un'espansione di detto fluido.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema (10) per il raffreddamento ed il riscaldamento dell'abitacolo di un veicolo comprendente un circuito chiuso (12) in cui un fluido di lavoro è sottoposto ad un ciclo termodinamico, includente un compressore (14) con una luce di mandata (14a) collegata ad un condensatore (16) seguito da mezzi di espansione di fluido (18) e quindi da uno scambiatore di calore (20) che è atto a fungere da evaporatore e da condensatore e la cui uscita è collegata all'ingresso di aspirazione (14b) del compressore (14), un condotto di by-pass (36) avente un'estremità connessa fra il compressore (14) ed il condensatore (16), e l'altra estremità connessa tra detti mezzi di espansione (18) e l'ingresso di detto scambiatore di calore (20), mezzi valvolari di commutazione a comando elettrico (26, 34, 19) atti ad assumere una prima ed una seconda condizione operativa in cui il condotto di by-pass (36) è escluso e rispettivamente inserito nel circuito (12), per cui in detta prima condizione il sistema (10) opera come sistema refrigerante e detto scambiatore di calore (20) funge da evaporatore, e nella seconda condizione il sistema (10) opera come sistema riscaldante a pompa di calore e detto scambiatore (20) funge da condensatore, un ulteriore scambiatore di calore (24), del tipo gas/liquido, interposto tra detto scambiatore di calore (20) e l'ingresso di aspirazione del compressore (14) ed atto, in detta prima e rispettivamente in detta seconda condizione operativa dei mezzi valvolari di commutazione (26, 34, 19), a fungere da accumulatore di detto fluido di lavoro allo stato liquido e, rispettivamente, da evaporatore ; detto ulteriore scambiatore di calore (24) essendo collegato al circuito di raffreddamento a liquido (30) del motore dell'autoveicolo tramite un'elettrovalvola a portata variabile (32); a detta elettrovalvola (32) essendo associati mezzi di controllo (40) atti, quando detti mezzi valvolari di commutazione (26, 34, 19) sono in detta prima condizione operativa, a modificare la portata di detta elettrovalvola (32) in modo tale da provocare un surriscaldamento controllato del fluido di lavoro che entra allo stato gassoso nel compressore (14), un funzione della sua temperatura rilevata.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di controllo (40) sono atti, quando detti mezzi valvolari di commutazione (26, 34, 19) sono nella seconda condizione operativa, a mantenere detta elettrovalvola (32) in una condizione in cui essa assicura una portata prefissata di liquido di raffreddamento del motore al suddetto ulteriore scambiatore di calore (24).
3 . Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti mezzi di espansione (18) comprendono un tubo con un orifizio tarato (14).
4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui fra detto scambiatore di calore (20) e detto ulteriore scambiatore di calore (24) è interposta una disposizione valvolare (22) atta in una prima condizione ad accoppiare l'uscita di detto scambiatore di calore (20) con l'ingresso di detto ulteriore scambiatore di calore (24) senza provocare un'espansione del fluido di lavoro, e in una seconda condizione ad accoppiare l'uscita di detto scambiatore di calore (20) all'ingresso di detto ulteriore scambiatore di calore (24) provocando un'espansione del fluido di lavoro.
5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui detta disposizione valvolare (20) comprende una valvola deviatrice (26) atta ad accoppiare l'uscita di detto scambiatore di calore (20) con l'ingresso di detto ulteriore scambiatore di calore (24) selettivamente in modo diretto e, rispettivamente, attraverso secondi mezzi di espansione di fluido (28).
6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui detti secondi mezzi di espansione di fluido comprendono un tubo con un orifizio tarato.
7. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui detta disposizione valvolare (20) comprende un'elettrovalvola a strozzamento interposta fra l'uscita di detto scambiatore di calore (20) e l'ingresso di detto ulteriore scambiatore di calore (24), ed atta a consentire un flusso di fluido di lavoro fra di essi selettivamente attraverso una sezione di passaggio pieno e, rispettivamente, attraverso una sezione di passaggio ristretto atto a provocare un'espansione di detto fluido di lavoro.
8. Sistema per il raffreddamento ed il riscaldamento dell'abitacolo di un autoveicplo, sostanzialmente secondo guanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.