ES2300129T3 - Circuito de climatizacion que utiliza un fluido refrigerante en estado supercritico, especialmente para vehiculo. - Google Patents
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Abstract
EL FLUIDO REFRIGERANTE CO 2 COMPRIMIDO A UNA PRESION SUPERCRITICA POR EL COMPRESOR (4) SE ENVIA POR UNA VALVULA DE TRES VIAS (22), SEA EN UN REFRIGERADOR (8), DE FORMA QUE DESPUES DEL PASO EN UN REDUCTOR DE PRESION (10) SE VAPORICE EN UN EVAPORADOR (11) PARA REFRIGERAR EL HABITACULO, SEA EN UNA RAMA DE DERIVACION (23) QUE EVITA EL REFRIGERADOR (8), DE FORMA QUE SE REFRIGERE EN EL EVAPORADOR (11) PARA CALENTAR EL HABITACULO.
Description
Circuito de climatización que utiliza un fluido
refrigerante en estado supercrítico, especialmente para
vehículo.
La invención se refiere a un dispositivo de
climatización, especialmente del habitáculo de un vehículo, que
comprende un circuito de climatización para la circulación de un
fluido refrigerante, que contiene un compresor adecuado para alojar
el fluido en estado gaseoso i comprimirlo hasta una presión
supercrítica, un primer intercambiador de calor adecuado para
refrigerar el fluido comprimido por el compresor, a presión
sensiblemente constante, transfiriendo calor a un primer medio
exterior, un primer regulador de presión adecuado para disminuir la
presión del fluido que sale del primer intercambiador de calor para
pasarlo por lo menos parcialmente al estado líquido y un evaporador
adecuado para hacer pasar al estado gaseoso el fluido en estado
líquido procedente del primer regulador de presión, a presión
sensiblemente constante, tomando calor de un segundo medio exterior
para refrigerar el espacio a climatizar, siendo el fluido así
vaporizado aspirado a continuación por el compresor.
Este tipo de dispositivos está descrito por
ejemplo en los documentos
WO-A-93/06423,
US-A-5 245 836 y
US-A-5 291 941. El fluido
refrigerante utilizado en estos dispositivos es típicamente el
dióxido de carbono CO_{2}.
Cuando en vez de refrigerar se quiere recalentar
el aire que se tiene que enviar al habitáculo de un vehículo, se
utiliza habitualmente el calor producido por el motor de arrastre,
por ejemplo haciendo pasar el aire al contacto con una radiador de
calefacción atravesado por un fluido de refrigeración del motor.
Cuando el motor está frío, no se puede
aprovechar el calor para la calefacción del habitáculo, lo que
retarda el momento en que este esté a la temperatura deseada y
perjudica por lo tanto el confort de los ocupantes. En determinados
casos el líquido de refrigeración no alcanza nunca durante el
recorrido una temperatura suficientemente elevada para asegurar el
confort térmico en el habitáculo.
Para acelerar la puesta en temperatura del
habitáculo, se puede recurrir a dispositivos suplementarios que
comportan habitualmente quemadores o radiadores eléctricos, que
implican considerables inversiones.
El documento DE 197 25 978, considerado como el
estado de la técnica más cercano, divulga un dispositivo del tipo
definido en la introducción, y que comprende además una primera rama
de derivación dispuesta en paralelo con el primer intercambiador de
calor, estando previstos medios de conmutación para hacer circular
el fluido seleccionado en el primer intercambiador de calor
formando el citado circuito de climatización, o en la segunda rama
de derivación formando un circuito de calefacción en el cual el
evaporador transfiere calor del fluido refrigerante al segundo
medio exterior para calentar el citado espacio, sirviendo el citado
primer regulador de presión para reducir la presión del fluido en
el circuito de climatización y sirviendo un segundo regulador para
reducir la presión en el circuito de calefacción. El objeto de este
dispositivo es permitir una calefacción rápida del habitáculo
cuando el motor está frío, o completar la cantidad de calor
insuficiente que proporciona, sin tener que recurrir a medios
específicos costosos.
El objeto de la invención es permitir mejorar la
eficacia de un dispositivo de este tipo de dispositivo de
climatización.
Según la invención, el citado circuito comprende
un intercambiador de calor interior adecuado para permitir el
intercambio de calor entre dos secciones comunes a los circuitos de
climatización y de calefacción, la primera de las cuales está
situada entre el extremo curso abajo de la primera rama de
derivación y el primer regulador de presión y cuya segunda rama
está situada entre el evaporador y el compresor, y el segundo
regulador de presión está dispuesto entre el extremo curso abajo de
la primera rama de derivación y la citada primera sección.
Características opcionales de la invención,
complementarias o alternativas, se exponen a continuación:
El primer regulador de presión sirve para
reducir la presión del fluido tanto en el circuito de climatización
como en el circuito cerrado de calefacción.
Una trampilla de retención está dispuesta entre
la salida del primer intercambiador de calor y el extremo curso
abajo de la primera rama de derivación.
El dispositivo comprende además una segunda rama
de derivación adecuada para estar incluida en el circuito cerrado
de calefacción, curso arriba del evaporador, por los citados medios
de conmutación y que contiene un segundo intercambiador de calor
adecuado también para transferir calor del fluido refrigerante al
citado segundo medio exterior para calentar el citado espacio.
La segunda rama de derivación está dispuesta en
paralelo con el primer regulador de presión y contiene el segundo
regulador de presión curso arriba del segundo intercambiador de
calor.
Los medios de conmutación comprenden el primero
y el segundo reguladores de presión, impidiendo estos el paso del
fluido para establecer el circuito de calefacción y el circuito de
climatización respectivamente.
El citado segundo medio exterior es un flujo de
aire destinado a ser enviado al citado espacio.
El evaporador y el segundo intercambiador de
calor están dispuestos en serie en este orden en el recorrido del
citado flujo de aire.
Una fuente de calor exterior al circuito de
fluido refrigerante está dispuesta en el recorrido del citado flujo
de aire curso abajo del evaporador y si fuera el caso del segundo
evaporador de calor.
- -
- Están previstos medios para hacer variar la potencia térmica transmitida del circuito de calefacción al citado segundo medio exterior.
- -
- Los citados medios para hacer variar la potencia térmica comportan medios de ajuste del primer regulador de presión y/o del segundo regulador de presión.
- -
- Los citados medios para hacer variar la potencia térmica comportan medios de ajuste del volumen de fluido o de la velocidad del compresor.
- -
- Un depósito está dispuesto en el circuito cerrado de climatización curso arriba del compresor.
Las características y ventajas de la invención
se expondrán más detalladamente en la siguiente descripción, con
referencia a los dibujos anexos, en los cuales elementos idénticos
o análogos están designados en todas las figuras con los mismos
números de referencia.
Las figuras 1 a 4 son representaciones
esquemáticas parciales de cuatro modos de realización de un
dispositivo de climatización del habitáculo de un vehículo
automóvil.
En la presente descripción, la expresión
"dispositivo de climatización" designa un dispositivo que
permite ajustar la temperatura de un espacio como por ejemplo el
habitáculo de un vehículo, ya sea extrayendo calor, ya sea
aportando calor, según las necesidades. Por el contrario, las
expresiones "circuito de climatización" y "circuito de
calefacción" se utilizan para designar circuitos en los cuales el
fluido refrigerante circula para enfriar el espacio y para
calentarlo, respectivamente.
Cada uno de los dispositivos ilustrados
comprende un ciclo de fluido refrigerante que comporta un circuito
cerrado de climatización, y por lo menos una rama de derivación que
permite realizar un circuito cerrado de calefacción. Este ciclo
está previsto para hacer evolucionar un fluido refrigerante,
especialmente CO_{2}, a cada lado de la presión crítica.
Se describirá en primer lugar sucintamente el
circuito cerrado de climatización, que es prácticamente idéntico en
los cuatro dispositivos y que ya es conocido. Este circuito cerrado
comprende un compresor 4, que en los ejemplos ilustrados es de
volumen variable, no siendo esta particularidad limitativa. El
compresor 4 tiene a continuación un separador de aceite 5, a partir
del cual el aceite regresa al compresor por una línea de retorno 6
provista de un regulador de presión 7. Un intercambiador de calor 8
permite transferir a un flujo de aire F1 una parte del calor
almacenado por el fluido refrigerante durante su compresión por el
compresor 4. Curso abajo del intercambiador 8 está dispuesta una
vía 9 de un intercambiador de calor interior E de dos vías que
permite un enfriamiento suplementario del fluido. A la vía 9 le
sigue un regulador de presión 10, después un evaporador 11 que es
barrido por un flujo de aire F2 destinado a ser enviado al
habitáculo del vehículo. A la salida del evaporador, el fluido pasa
a un depósito 13 provisto de una línea de retorno de líquido 14. El
depósito 13 impide que el fluido refrigerante en estado líquido se
introduzca en el compresor. Por otra parte, el depósito 13
constituye una reserva de fluido que permite compensar las
variaciones de carga en el circuito de refrigerante. El fluido en
estado gaseoso que sale del depósito 13 pasa a la segunda vía 15
del intercambiador de calor interior E, en sentido contrario a la
circulación en la vía 9, antes de volver al compresor 4.
De manera también conocida, un radiador de
calefacción 20, recorrido por el fluido de refrigeración del motor
de arrastre del vehículo, está dispuesto curso abajo del evaporador
11 en el flujo de aire F2, siendo producido dicho flujo por un
grupo moto ventilador 21.
Según la invención, una compuerta de tres vías
22 está dispuesta en el circuito de climatización, entre el
separador de aceite 5 y el intercambiador de calor 8, y dicha
compuerta puede ser comandada de manera que envíe el fluido
comprimido a una rama de derivación 23 que desemboca en un punto de
unión 24 separado de la salida del intercambiador 8 por una
trampilla antiretorno 25.
El circuito de la figura 1 se distingue de un
circuito de climatización de CO_{2} clásico en particular por la
presencia de la compuerta 22, de la rama 23 y de la trampilla 25. La
compuerta 22 puede ser comandada para hacer circular el fluido ya
sea en el intercambiador de calor 8 y en la trampilla 25, ya sea en
la rama 23 evitando el intercambiador 8. En este último caso, se
obtiene un circuito cerrado de calefacción en el cual el evaporador
11 hace de fuente de calor para el flujo de aire F2.
El dispositivo de la figura 2 difiere del de la
figura 1 por tener añadido un segundo regulador de presión 30 entre
el evaporador 11 y el depósito 13. En algunos casos en efecto, puede
ser ventajoso reducir la presión, en el circuito cerrado de
calefacción, después de haberse refrigerado el fluido en el
evaporador. En el circuito de la figura 1, la reducción de presión
se efectúa curso arriba del evaporador, tanto en el circuito cerrado
de calefacción como en el circuito cerrado de climatización.
Otra variante en cuanto a la posición del
regulador de presión del circuito cerrado de calefacción se puede
observar en la figura 3, en la que este regulador de presión 31 está
dispuesto entre el punto de unión 24 y la vía 9 del intercambiador
de calor E.
Por último, la figura 4 muestra una segunda rama
de derivación 40 añadida que sale de un punto de unión 41 situado
entre la vía 9 del intercambiador de calor E y el regulador de
presión de climatización 10, y que desemboca en un punto de unión
42 situado entre este mismo regulador de presión y el evaporador 11.
La rama 40 contiene un segundo regulador de presión 43 seguido de
un intercambiador de calor 44 que está dispuesto en el flujo de
aire F2 entre el evaporador 11 y el radiador 20. Los reguladores de
presión 10 y 43 también hacen de compuertas de paro y pueden ser
comandadas, junto con la compuerta 22, para hacer circular el fluido
ya sea en el regulador de presión 10 al mismo tiempo que en el
intercambiador de calor 8, ya sea en la rama 40 al mismo tiempo que
en la rama 23. En este último caso, la transferencia de calor del
fluido refrigerante al flujo de aire F2 se realiza principalmente
por el intercambiador de calor 44, de manera que el caudal
volumétrico del fluido en el evaporador 11 se reduce, lo que
disminuye los ruidos de circulación, manteniendo optimizado el
evaporador para la función de climatización. Lógicamente, la función
de paro ejercida por los reguladores de presión 10 y 43 puede ser
obtenida por otros medios, por ejemplo por una compuerta de tres
vías dispuesta en el punto 41 o en el punto 42, o por compuertas de
dos vías añadidas en las ramas referidas.
En todos los modos de realización, un captador
de presión 50 está dispuesto entre la vía 9 del intercambiador E y
el regulador de presión 10, y si fuera el caso, curso abajo del
punto 41. La potencia del circuito cerrado de climatización puede
ser comandada utilizando este captador. Este último también puede
ser utilizado e los dispositivos de las figuras 1 a 3 para comandar
la potencia del circuito cerrado de calefacción. El control del
circuito cerrado de climatización puede realizarse de manera
conocida actuando sobre el volumen del fluido o sobre la velocidad
del compresor 4, o sobre el regulador de presión de calefacción 10.
Según la invención, se puede comandar el circuito cerrado de
calefacción actuando sobre el volumen del fluido o la velocidad del
compresor, o sobre el regulador de calefacción 10, 30, 31 o 43.
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Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es sólo para conveniencia del lector. No forma parte
del documento de Patente Europea. Aunque se haya tenido un gran
cuidado en recoger las referencias, no puede excluirse la presencia
de errores u omisiones y por ello la EPO declina cualquier
responsabilidad a este respecto.
\bullet WO 9306423 A [0002]
\bullet US 5245836 A [0002]
\bullet US 5291941 A [0002]
\bullet DE 19725978 [0006]
Claims (13)
1. Dispositivo de climatización, que comprende
un circuito de climatización para la circulación de un fluido
refrigerante, que contiene un compresor (4) adecuado para alojar el
fluido en estado gaseoso i comprimirlo hasta una presión
supercrítica, un primer intercambiador de calor (8) adecuado para
refrigerar el fluido comprimido por el compresor, a presión
sensiblemente constante, transfiriendo calor a un primer medio
exterior (F1), un primer regulador de presión (10) adecuado para
disminuir la presión del fluido que sale del primer intercambiador
de calor para pasarlo por lo menos parcialmente al estado líquido y
un evaporador (11) adecuado para hacer pasar al estado gaseoso el
fluido en estado líquido procedente del primer regulador de presión,
a presión sensiblemente constante, tomando calor de un segundo
medio exterior (F2) para refrigerar el espacio a climatizar, siendo
el fluido así vaporizado aspirado a continuación por el compresor
(4), comprendiendo además una primera rama de derivación (23)
dispuesta en paralelo con el primer intercambiador de calor, estando
previstos medios de conmutación (22) para hacer circular el fluido
seleccionado en el primer intercambiador de calor formando el
citado circuito de climatización, o en la segunda rama de derivación
formando un circuito de calefacción en el cual el evaporador
transfiere calor del fluido refrigerante al segundo medio exterior
(F2) para calentar el citado espacio, sirviendo el citado primer
regulador de presión (10) para reducir la presión del fluido en el
circuito de climatización y sirviendo un segundo regulador (30, 31,
43) para reducir la presión en el circuito de calefacción,
caracterizado por el hecho de que el citado circuito
comprende un intercambiador de calor interior (E) adecuado para
permitir el intercambio de calor entre dos secciones comunes a los
circuitos cerrados de climatización y de calefacción, la primera
(9) de las cuales está situada entre el extremo curso abajo (24) de
la primera rama de derivación y el primer regulador de presión (10)
y cuya segunda rama (15) está situada entre el evaporador (11) y el
compresor (4), y por el hecho de que el segundo regulador de presión
(31) está dispuesto entre el extremo curso abajo (24) de la primera
rama de derivación y la citada primera sección.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el primer regulador de
presión (10) sirve para reducir la presión del fluido tanto en el
circuito cerrado de climatización como en el circuito cerrado de
calefacción.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que está dispuesta
una trampilla antiretorno (25) entre la salida del primer
intercambiador de calor (8) y el extremo curso abajo de la primera
rama de derivación (3).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende
además una segunda rama de derivación (40) adecuada para estar
añadida en el circuito cerrado de calefacción, curso arriba del
evaporador, por los citados medios de conmutación (10, 43) y que
comprende un segundo intercambiador de calor (44) adecuado también
para transferir calor del fluido refrigerante al citado segundo
medio exterior (F2) para calentar el citado espacio.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, en
combinación con la reivindicación 1, caracterizado por el
hecho de que la segunda rama de derivación está dispuesta en
paralelo con el primer regulador de presión (10) y contiene el
segundo regulador de presión (43) curso arriba del segundo
intercambiador de calor.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que los medios de conmutación
comprenden el primero y el segundo reguladores de presión (10, 43),
los cuales impiden el paso del fluido para establecer el circuito
cerrado de calefacción y el circuito cerrado de climatización
respectivamente.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que el segundo
medio exterior es un flujo de aire (F2) destinado a ser enviado al
citado espacio.
8. Dispositivo según la reivindicación 7, en
combinación con la reivindicación 4, caracterizado por el
hecho de que el evaporador (11) y el segundo intercambiador de
calor (44) están dispuestos en serie en este orden en el recorrido
del citado flujo de aire (F2).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 y 8, caracterizado por el hecho de que una fuente de calor
(20) fuera del circuito de fluido refrigerante está dispuesta en el
recorrido del citado flujo de aire (F2) curso abajo del evaporador
y si fuera el caso del segundo intercambiador de calor.
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que están previstos medios para hacer variar la potencia térmica
transmitida del circuito cerrado de calefacción al citado segundo
medio exterior (F2).
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado por el hecho de que los citados medios para
hacer variar la potencia térmica comportan medios de ajuste del
primer regulador de presión (10) y/o del segundo regulador de
presión (30, 31, 43).
12. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado por el hecho de que los citados medios para
hacer variar la potencia térmica comportan medios de ajuste del
volumen de fluido o de la velocidad del compresor (4).
13. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que está dispuesto un depósito
(13) en el circuito cerrado de climatización curso arriba del
compresor (4).
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