ES2329095T3 - Intercambiador de calor con un acumulador de frio. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor, en particular un evaporador (1), en particular para una instalación de climatización de vehículos automóviles, con una pluralidad de tubos que conducen un medio refrigerante, situados unos junto a otros, y con por lo menos un acumulador de frío (4), en el cual está previsto un medio acumulador de frío, caracterizado porque el evaporador (1) presenta dos zonas (1'' y 1'''') dispuestas paralelas entre sí y que se extienden a lo largo de la totalidad de la anchura, correspondiendo la primera zona (1'') en cuanto a su estructura a un evaporador convencional, estando dispuesto el acumulador de frío (4) en una segunda zona (1'''') independiente, que puede ser atravesada por lo menos por una parte de la corriente de medio refrigerante, la cual atraviesa asimismo por lo menos una parte de la primera zona (1'') y estando conectadas la primera y la segunda zonas entre sí mediante por lo menos una abertura de derrame (13).
Description
Intercambiador de calor con un acumulador de
frío.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor, en particular para una instalación de
climatización de vehículos automóviles, con acumulador de frío,
según el preámbulo de la reivindicación 1. El documento US
2003/041610A1 da a conocer un intercambiador de calor de este
tipo.
Un objetivo de los fabricantes de vehículos
automóviles es reducir el consumo de carburante del vehículo. Una
medida para la reducción del consumo de carburante es la desconexión
del motor durante una parada temporal, por ejemplo durante la
parada en un semáforo. Esta desconexión temporal del motor se
denomina asimismo funcionamiento "Idle-Stop".
Esta medida se utiliza en los vehículos automóviles actuales de bajo
consumo como, por ejemplo, el llamado vehículo de tres litros. En
vehículos que disponen del modo de funcionamiento
Idle-Stop el motor está desconectado, en el tráfico
por el interior de la ciudad, aproximadamente entre el 25 y el 30%
del tiempo de la marcha.
Este es un motivo por el cual los vehículos de
este tipo no frecuentemente están equipados con una instalación de
climatización, debido a que durante la parada del motor no se puede
accionar tampoco un compresor necesario para la instalación de
climatización, de manera que en el funcionamiento
Idle-Stop una instalación de climatización no puede
proporcionar la necesaria potencia frigorífica. El problema se
resuelve en parte asimismo gracias a que cuando la instalación de
climatización está conectada el motor continúa funcionando durante
la parada, con lo cual resulta sin embargo un consumo de carburante
mayor.
En el documento DE 101 56 944 A1, se da a
conocer una instalación de climatización para un vehículo automóvil
con un compresor y un evaporador dispuestos en un circuito de medio
refrigerante para el enfriamiento de aire acondicionado para el
habitáculo, la cual presenta un segundo evaporador para el
enfriamiento del aire, que contiene adicionalmente un medio
acumulador de frío, pudiendo conducirse el aire que hay que
acondicionar, opcionalmente, a través de cada evaporador,
individualmente o a través de ambos evaporadores, conjuntamente. De
acuerdo con una forma de realización alternativa en el lugar del
segundo evaporador el evaporador está formado de tal manera que
presenta dos zonas parciales y contiene, en una de las dos zonas
parciales, un medio acumulador de frío, pudiendo conducirse el aire
que hay que acondicionar, opcionalmente, a través de cada
evaporador, individualmente, o a través de ambos evaporadores,
conjuntamente. Al mismo tiempo los tubos, en los cuales el medio
refrigerante circula a través del evaporador, pueden estar formados
como tubo de varios canales, estando uno o varios canales rellenos
con el medio acumulador de frío.
Partiendo de este estado de la técnica la
invención se plantea el problema de proporcionar un intercambiador
de calor mejorado. Este problema se resuelve mediante un
intercambiador de calor con las características de la
reivindicación 1. Las estructuraciones ventajosas son el objetivo de
las reivindicaciones subordinadas.
Según la invención está previsto un
intercambiador de calor, en particular un evaporador para una
instalación de climatización de vehículos automóviles para el
enfriamiento del aire que hay que acondicionar para el habitáculo,
con un gran número de tubos que conducen un medio refrigerante,
situados unos junto a otros, y con por lo menos un acumulador de
frío, en el cual está previsto un medio acumulador de frío. Al mismo
tiempo el evaporador presenta dos zonas, dispuestas paralelas entre
sí y que discurren a lo largo de la totalidad de la anchura,
correspondiendo la primera zona en cuanto a su estructura a un
evaporador convencional, estando dispuesto el acumulador de frío en
una segunda zona independiente, que puede ser atravesada por lo
menos por una parte de la corriente de medio refrigerante, que
atraviesa también por lo menos una parte de la primera zona, y
estando conectadas entre sí la primera y la segunda zonas mediante
por lo menos una abertura de derrame. A través de la abertura de
derrame se derrama por lo menos una corriente parcial de medio
refrigerante desde una zona a la otra zona, es decir, que en ambas
zonas circula medio refrigerante. Entre los tubos de la primera y/o
de la segunda zonas del intercambiador de calor pueden estar
dispuestos nervios ondulados u otros elementos que amplían la
superficie de intercambio de calor. Gracias a que la primera zona
corresponde esencialmente a un intercambiador de calor convencional
se pueden continuar utilizando las herramientas existentes, hay que
adquirir de nuevo únicamente las herramientas para la segunda zona y
para la realización de la(s) abertura(s) de derrame.
La segunda zona se puede adaptar - para la primera zona estructurada
en correspondencia con la forma constructiva usada hasta ahora - de
manera relativamente sencilla al espacio constructivo existente y a
las necesidades de refrigeración. Se necesita de manera adicional
únicamente un órgano de expansión.
En base a la estructura modular se puede
designar un evaporador formada de esta manera también como
evaporador acumulador "Add-on", es decir, que
a la forma básica en principio esencial del evaporador se le añade
un módulo de refrigeración formado correspondientemente.
Preferentemente están previstas precisamente dos
aberturas de derrame, si bien - en el caso de un suministro por
separado de medio refrigerante - puede estar prevista también
únicamente una abertura de derrame. Asimismo, es posible un gran
número de aberturas de derrame, a través de las cuales puede
derramarse medio de refrigeración desde la primera zona a la
segunda zona y viceversa.
En por lo menos un elemento acumulador de frío
está dispuesto, por lo menos, un tubo que conduce un medio
refrigerante. Al mismo tiempo, los elementos acumuladores de frío
pueden estar conectados entre sí, en especial a través de por lo
menos un recipiente colector.
En el caso de una disposición del tubo que
conduce un medio refrigerante en el elemento acumulador de frío
puede estar insertado en el elemento acumulador de frío relleno con
medio acumulador de frío o estar formado, sin embargo, directamente
dentro, rodeando el medio acumulador de frío preferentemente el
medio refrigerante por todas partes, estando prevista en especial
una disposición tubo-en-tubo.
El elemento acumulador de frío puede estar
formado asimismo por un tubo con sección transversal en forma de U,
en especial con varias cámaras. Al mismo tiempo corresponden
preferentemente las dimensiones interiores del elemento acumulador
de frío a las dimensiones exteriores del tubo que conduce un medio
refrigerante en la zona correspondiente, de manera que los tubos
están en contacto superficialmente entre sí. Es posible también una
estructuración de una pieza, por ejemplo formada mediante un tubo
extrusionado correspondientemente con por lo menos dos canales.
El tubo que conduce un medio refrigerante y el
medio acumulador de frío está formado, en el caso de una disposición
completamente dentro del elemento acumulador de frío,
preferentemente como un tubo plano de pared doble, encontrándose el
medio refrigerante en la zona central y el medio acumulador de frío
en la zona exterior. Según otra forma de realización preferida, el
tubo plano de pared doble presenta nervios, los cuales conectan el
tubo plano situado en el exterior con el situado en el interior.
Gracias a que el acumulador de frío presenta contacto directo con
el aire, resulta una dinámica muy buena durante la transmisión de
calor, de manera que en caso necesario, es decir en el
funcionamiento Idle-Stop, se encuentra
inmediatamente disponible la totalidad de la potencia
frigorífica.
El tubo que contiene el medio acumulador de frío
no puede rodear tampoco por completo el tubo que conduce el medio
refrigerante. Al mismo tiempo, están rodeados preferentemente
exactamente tres lados del tubo que conduce un medio refrigerante
por el tubo que contiene medio acumulador de frío. El tubo que
contiene el medio acumulador de frío puede estar formado al mismo
tiempo con una sección transversal en forma de U y rodear el tubo
que conduce un medio refrigerante, tratándose preferentemente de un
tubo plano, en parte, es decir a lo largo de una parte de su
perímetro, estando dispuesta la mayor parte del tubo que conduce un
medio refrigerante en el interior del tubo que contiene el medio
acumulador de frío.
Los tubos que conducen un medio refrigerante de
la segunda zona terminan preferentemente en un recipiente colector,
el cual está formado separado de y únicamente con una o varias
aberturas de derrame con un recipiente colector de la primera zona.
Esto posibilita en su caso también un reequipamiento posterior del
intercambiador de calor con un acumulador de frío, en especial
pueden estar formados, sin embargo, las primeras zonas - sin tener
en cuenta las aberturas de derrame - inmediatamente, como en el caso
de los intercambiadores de calor convencionales, de manera que se
puedan reducir los costes de fabricación, como consecuencia de un
gran número de piezas y de herramientas iguales, para una gran
parte de los componentes. Además, las dos zonas se pueden montar
por separado y pueden ser conectadas a continuación entre sí.
Los tubos o respectivamente unos canales que
conducen medios acumulador de frío terminan en un recipiente
colector de medio acumulador de frío, a través del cual sobresalen
tubos o respectivamente canales conductores de medio refrigerante,
los cuales terminan en un recipiente colector separado. Esto
posibilita un llenado común de los elementos acumuladores de frío
individuales con el medio acumulador de frío, de manera que es
posible un llenado sencillo y rápido de los tubos o respectivamente
canales que conducen medio acumulador de frío. Además, el montaje
se puede simplificar preferentemente mediante la estructuración de
una pieza del acumulador de frío en el caso de una formación
separada de los tubos que conducen un medio refrigerante y de los
elementos acumuladores de frío. De este modo, se puede proporcionar
también un espacio de compensación para variaciones de volumen del
medio refrigerante, en especial condicionadas por la temperatura.
Esto posibilita asimismo una forma constructiva compacta de la
segunda zona.
La primera zona presenta preferentemente un
número de bloques, que pueden ser atravesados por el medio
refrigerante en direcciones distintas, en la dirección de su
anchura contiguos a la segunda zona, y la segunda zona por lo menos
un bloque, en especial un número de bloques que pueden ser
atravesados por el medio refrigerante en direcciones diferentes. Al
mismo tiempo, se diferencia preferentemente el número y/o la anchura
de los bloques individuales en la dirección de la anchura del
evaporador en la primera zona y en la segunda zona. La primera zona
presenta preferentemente, contiguos directamente a la segunda zona,
dos a cuatro, en especial tres bloques, y la segunda zona uno a
seis bloques, en especial dos a cuatro bloques.
Las filas de tubos planos de la primera zona y
de la segunda zona se alinean preferentemente entre sí, pudiendo
estar dispuesto sin embargo también detrás de cada tubo plano
n-ésimo, en especial cada segundo o tercero, de la primera zona, un
tubo plano de la segunda zona, de manera que la resistencia a la
circulación del aire es pequeña, si bien las filas de tubos planos
pueden estar dispuestas también de manera irregular o desplazada
(p. ej. en posición central en el intersticio), o los elementos
acumuladores de frío, con los tubos que conducen un medio
refrigerante dispuesto en su interior, pueden estar dispuestos
girados con respecto a los otros tubos planos del evaporador. El
número y la forma de los tubos planos de la segunda zona se puede
elegir en correspondencia con la cantidad de calor deseada en el
caso de una para del vehículo automóvil.
La segunda zona del evaporador está dispuesta,
vista preferentemente en la dirección normal de circulación del
aire, hacia la primera zona del evaporador, en especial directamente
en la zona de conexión con el evaporador, pero es posible sin
embargo asimismo una disposición antes del evaporador o algo
distanciada del evaporador en una segunda pieza de evaporador, en
particular más pequeña. En particular, en el caso de una disposición
distanciada del evaporador(principal) se puede adaptar el
tamaño del colector con acumulador de frío en correspondencia con
el espacio constructivo disponible y/o las exigencias. Es
especialmente ventajoso que el evaporador existente no tenga que
ser modificado o deba serlo de manera irrelevante, de manera que es
posible una integración relativamente sencilla del acumulador de
frío en sistemas existentes. Las herramientas existentes no tienen
que ser modificadas (o deben serlo únicamente de manera
irrelevante). Hay que adquirir únicamente las herramientas para la
zona de acumulador de frío del evaporador, que es agregado.
En el caso de los tubos que son atravesados por
el medio refrigerante se trata preferentemente de tubos planos
soldados, plegados, embutidos en profundidad a partir de discos o
extrusionados, los cuales pueden estar formados tanto redondeados
como también angulosos. Sin embargo, se puede utilizar asimismo por
ejemplo tubos ovalados o tubos de sección redonda. Como materiales
se consideran en especial el aluminio y las aleaciones de aluminio,
si bien es posible también la utilización de materiales
discrecionales diferentes adecuados, que conduzcan bien el
calor.
calor.
El acumulador de frío está realizado,
preferentemente, en aluminio, en especial aluminio revestido por
dentro y/o por fuera (debiendo entenderse por aluminio también una
aleación de aluminio), en su caso también cobre, una aleación de
cobre-cinc, resina sintética o plástico. Un
recipiente de aluminio tiene la ventaja de que se puede soldar sin
problemas con las restantes piezas del evaporador. Al mismo tiempo
se trata, preferentemente, de un tubo plano extruido, que presenta
un gran número de canales, conteniendo una parte de los canales el
medio acumulador de frío y otra parte el medio refrigerante. La
estructuración puede ser sin embargo también en varias piezas.
En el caso del medio latente o acumulador se
trata, preferentemente, de un material PCM (phase change material)
que contiene o que está formado por medios que funden de manera
congruente, en especial decanol, tetra-, penta- o hexadecano,
LiClO_{3}3H_{2}O, soluciones salinas acuosas o hidratos
orgánicos. En el medio acumulador pueden estar previsto también
formadores de gérmenes, los cuales aceleran la formación de
cristales.
La temperatura de cambio de fase del medio
acumulador está preferentemente en un intervalo comprendido entre
0ºC y 30ºC, preferentemente entre 1ºC y 20ºC, en particular entre
2ºC y 15ºC, en particular preferentemente entre 4ºC y 12ºC.
En el interior del elemento acumulador de frío -
independientemente de si rodea por completo o únicamente
parcialmente el tubo que conduce un medio refrigerante - pueden
estar previstas piezas añadidas, como chapas de nervio, realizadas
preferentemente en aluminio, si bien son adecuados también otros
metales o plásticos, u otras piezas añadidas de turbulencia, tales
como materiales no tejidos o géneros de punto, por ejemplo de
plástico o de metal, o espumas, por ejemplo espumas de metal o
espumas de plástico. Las piezas añadidas sirven para la mejora del
intercambio de calor así como para el aumento de la superficie
interior con el fin de acelerar la formación de cristales en el
medio acumulador.
El paso a través de ambas zonas tiene lugar,
preferentemente, en serie, de manera que está previsto únicamente
un órgano de expansión para ambas zonas. Al mismo tiempo la entrada
de medio refrigerante está prevista preferentemente en el colector
de la primera zona.
El intercambiador de calor tiene preferentemente
las siguientes dimensiones (con respecto a las dimensiones se
remite a las Figuras 8 y 9):
La profundidad total T del intercambiador de
calor está comprendida, preferentemente, entre 23 y 200 mm, en
particular entre 35 y 80 mm, de manera especialmente preferida 60
+/- 10 mm.
La profundidad constructiva T' está comprendida,
preferentemente, entre 20 y 150 mm, en particular
entre 25 y
90 mm. Las profundidades constructivas T1 y T2 de los tubos planos del evaporador en la zona sin acumulador de frío se corresponden por regla general entre sí (estructuración simétrica de esta zona del evaporador).
90 mm. Las profundidades constructivas T1 y T2 de los tubos planos del evaporador en la zona sin acumulador de frío se corresponden por regla general entre sí (estructuración simétrica de esta zona del evaporador).
Las anchuras b1 y b2 de los tubos planos del
evaporador en la zona sin acumulador de frío se corresponden
preferentemente entre sí, alineándose preferentemente en cada caso
un tubo plano de una fila con un tubo plano de la otra fila. Las
anchuras b1 y b2 miden, preferentemente, 0,8 a 4 mm, en particular
1,3 a 3,5 mm.
El paso transversal q1 de la primera fila de
tubos planos mide, preferentemente, entre 4 y 20 mm, en particular
preferentemente entre 5 y 13 mm. Corresponde preferentemente al paso
transversal de la segunda fila de tubos planos del evaporador.
La altura del nervio ondulado de la primera fila
de tubos planos mide, por consiguiente, preferentemente entre 3 y
18 mm, en particular entre 4 y 10 mm. Corresponde preferentemente a
la altura del nervio ondulado de la segunda fila de tubos planos del
evaporador.
El evaporador de la zona del acumulador de frío
presenta tubos planos, los cuales contienen el medio acumulador de
frío en los canales de medios acumulador de frío exteriores, con
anchuras b3 comprendidas preferentemente entre 2,0 y 10,0 mm, en
particular entre 3,0 y 8,0 mm. La anchura b4 de los tubos planos
dispuestos en el interior, en cuyos canales de medio refrigerante
circula el medio refrigerante, mide preferentemente entre 0,6 y 2,5
mm, en particular entre 0,9 y 1,5 mm.
La profundidad constructiva T3 de los tubos
planos del evaporador en la zona con acumulador de frío mide,
preferentemente, entre 5 y 70 mm, en particular, preferentemente
entre 10 y 30 mm.
El paso transversal q3 de los tubos planos del
evaporador en la zona con acumulador de frío mide, preferentemente,
un múltiplo de q1, con el fin de mantener de esta manera pequeña la
caída de presión del aire circulante, si bien puede corresponde
también a q1. Los valores dos y tres son especialmente
preferidos.
La altura H1 del recipiente colector de medio
acumulador de frío mide, preferentemente, entre 3 y 25 mm, en
particular entre 3 y 15 mm, si bien es preferentemente tan pequeña
como sea posible, con el fin de ahorrar espacio constructivo y
mantener la sección que puede ser atravesada por el aire lo más
grande posible.
La invención se explica a continuación en
detalle a partir de un ejemplo de forma de realización con
variantes, haciendo referencia parcialmente al dibujo, en el
que:
la Fig. 1 muestra una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor con colector según un primer ejemplo de
forma de realización,
la Fig. 2 muestra una vista lateral del
intercambiador de calor de la Fig. 1,
la Fig. 3 muestra una vista en perspectiva, a
modo de recorte, del intercambiador de calor de la Fig. 1 con la
caja colectora y el tubo colector retirados,
la Fig. 4 muestra otra vista en perspectiva de
una zona del intercambiador de calor de la Fig. 1 con recipiente y
el tubo colectores abiertos lateralmente,
la Fig. 5 muestra una vista lateral seccionada
del intercambiador de calor de la Fig. 1,
la Fig. 6 muestra una vista en detalle de una
abertura de derrame,
la Fig. 7 muestra una vista en detalle
seccionada del intercambiador de calor de la Fig. 1 en la zona del
acumulador de frío,
la Fig. 8 muestra una sección transversalmente a
través del intercambiador de calor de la Fig. 1,
la Fig. 9 muestra una sección a través de la
zona inferior del intercambiador de calor de la Fig. 1,
la Fig. 10 muestra una vista en perspectiva del
intercambiador de calor de la Fig. 1 con representación esquemática
del recorrido de circulación del medio refrigerante,
la Fig. 11 muestra una representación en sección
esquemática del intercambiador de calor de la Fig. 1 para la
ilustración del recorrido de circulación del medio refrigerante,
la Fig. 12 muestra una vista lateral esquemática
de la zona del intercambiador de calor con el acumulador de frío de
la Fig. 1 para la ilustración del recorrido de circulación del medio
refrigerante,
las Figs. 13a, b muestran unas representaciones
esquemáticas del recorrido de circulación del medio refrigerante
según una primera variante,
las Figs. 14a, b muestran unas representaciones
esquemáticas del recorrido de circulación del medio refrigerante
según una segunda variante,
las Figs. 15a, b muestran unas representaciones
esquemáticas del recorrido de circulación del medio refrigerante
según una tercera variante,
las Figs. 16a, b muestran unas representaciones
esquemáticas del recorrido de circulación del medio refrigerante
según una cuarta variante,
las Figs. 17a, b muestran unas representaciones
esquemáticas del recorrido de circulación del medio refrigerante
según una quinta variante, y
las Figs. 18a, b muestran representaciones
esquemáticas del recorrido de circulación del medio refrigerante
según una sexta variante.
Una instalación de climatización de vehículos
automóviles para la regulación de la temperatura del habitáculo de
vehículo automóvil con un circuito de medio refrigerante (en el
presenta caso R134a, si bien se puede utilizar por ejemplo también
CO_{2} u otro medio refrigerante), de la cual están representados
únicamente el evaporador 1, con tubo de inyección 2 y tubo de
aspiración 3, presenta, para proporcionar también durante una parada
del motor por lo menos durante un breve intervalo de tiempo una
potencia de refrigeración suficiente, un acumulador de frío 4,
formado por un gran número de elementos acumuladores de frío 5, en
el presente caso veintidós, los cuales están rellenos con un medio
acumulador de frío. Los elementos acumuladores de frío 5 están
realizados en aluminio, mediante zonas de tubos planos 6
estructurados especialmente, sobre los que se volverá en un punto
posterior. Como medio acumulador de frío sirve en el presenta caso
decanol. Alternativamente son adecuados, por ejemplo, también
tetra-, penta- o hexadecano.
La dirección de circulación del aire normal está
indicada mediante flechas en las Figuras 1 y 2. El evaporador 1
presenta en la parte mayor, del lado de entrada de aire, una zona 1'
con una estructura, que corresponde a la de un evaporador
convencional, con dos filas de tubos planos 7 y nervios ondulados 8
dispuestos entre ellas. Los tubos planos 7 terminan en cada caso en
un recipiente colector 9. Como se desprende de las Figuras 1 y 2,
el medio refrigerante entra en el lado estrecho del recipiente
colector 9 superior, por el lado de salida de aire, en el
evaporador 1 y lo abandona, en el mismo lado estrecho, en la zona de
entrada de aire del recipiente colector 9.
La otra zona del evaporador 1, o sea la zona de
acumulador de frío 1'', la cual por principio está formada separada
como zona independiente del evaporador 1 y en la cual están
previstos los elementos acumuladores de frío 5, está formada por la
parte más pequeña, del lado de salida de aire, del evaporador 1.
Los tubos planos de acumulador de frío 6 en la
zona de zona de acumulador de frío 1'' y los tubos planos 7
convencionales en la zona 1', como se desprende en particular de la
Fig. 8, están dispuestos de tal manera que en cada caso está
dispuesto con el primer, tercer, quinto, etc. tubo plano 7, alineado
en cada caso con el mismo en la dirección de circulación del aire,
un tubo plano de acumulador de frío 6.
Dado que los espacios intermedios entre los
tubos planos de acumulador de frío 6, los cuales en el presente
caso son más estrechos en la dirección de circulación del aire, pero
que transversalmente a ella están formados más anchos que los tubos
planos 7, que son relativamente anchos debido a esta disposición, la
resistencia a la circulación para el aire que atraviesa el
evaporador 1 es, en comparación con la resistencia a la circulación
de la primera zona 1' del evaporador 1, casi despreciable y puede
despreciarse esencialmente para el dimensionado del evaporador 1
con vistas a la circulación del aire, de manera que a diferencia de
la variante básica del evaporador sin la zona de acumulador de frío
1'', no hay que realizar o hay que hacer nuevos cálculos poco
relevantes con vistas a la circulación del aire. Los tubos planos 6
y 7 pueden ser dispuestos, alternativamente, de otra manera
discrecional, por ejemplo alineados o en intersticio.
Los tubos planos de acumulador de frío 6
presentan una estructura de pared doble con un gran número de
canales de medio refrigerante 6' y canales de medio acumulador de
frío 6'', estando dispuestos los canales de medio refrigerante 6'
en el interior (ver la Fig. 8). Al mismo tiempo los tubos planos de
acumulador de frío 6 están dispuestos de tal manera que los canales
de medios acumulador de frío 6'', que sirven como elementos
acumuladores de frío 5, terminan en cada caso en uno de dos
recipientes colectores de medio acumulador de frío 10, de manera
que el elemento acumulador de frío 5 presenta únicamente un único
espacio hueco el cual - sin tener en cuenta un espacio de
compensación - está completamente lleno con el medio acumulador de
frío. El llenado tiene lugar a través de una abertura en el
recipiente colector de medio acumulador de frío 10 en un único
proceso de trabajo. Tras el llenado la abertura es obturada de
forma fija, de manera que se impide de forma segura una apertura no
autorizada.
En el interior del espacio hueco pasante están
previstos, según una variante no representada en el dibujo,
elementos tales como, en el presente caso, un material no tejido
sintético, que sirven para la mejora del transporte de calor así
como para el aumento de la superficie interior, con el fin de
acelerar la formación de cristal del medio latente.
Los canales de medio refrigerante 6' sobresalen
con sus extremos, en cada caso, a través de los recipientes
colectores de medios acumulador de frío 10 correspondientes y
termina, en cada caso, en un recipiente colector 12, formado
separado del recipiente colector 9, formado en el presenta caso como
tubo, a los que se hará referencia en lo que viene a continuación
como tubos colectores.
Cada uno de los tubos colectores está conectado
en cada caso a través de una abertura de derrame (no representada)
de tipo orificio oblongo con una abertura de derrame 13 de tipo
orificio oblongo, dispuesta en el lado correspondiente, de los
recipientes colectores 9 (ver la Fig. 5).
El evaporador 1 es atravesado de tal manera, en
su zona 1' convencional, que la corriente de medio refrigerante es
desviada dos veces en la anchura del evaporador antes de ser
desviada, en la profundidad, contra la dirección de circulación del
aire. En la zona del lado de entrada de aire es desviado asimismo
dos veces a lo ancho. Se trata por consiguiente, de un evaporador
con seis bloques B1 a B6, estando previstos cada tres bloques en la
dirección de la anchura del evaporador 1 (es decir, en la primera
fila de bloques B1 a B3 atravesada en primer lugar y en la fila de
bloques B4 a B6 atravesada en último lugar) y siendo recorridos los
bloques individuales B1 a B6 de las dos filas de bloques en cruz en
funcionamiento en contracorriente. Este recorrido de la circulación
del medio refrigerante está representado en la Fig. 10 mediante
flechas con línea continua.
De la corriente de medio refrigerante se deriva,
a través de la abertura de derrame 13 en el recipiente colector 9,
poco después de la entrada del tubo de inyección 2 en el recipiente
colector 9 en el primer bloque B1 una parte del medio refrigerante,
el cual accede a través de la abertura de derrame en el tubo
colector y es distribuida a través del tubo colector a los canales
de medio refrigerante 6' de los tubos planos 6, los cuales en el
presente caso son recorridos en una dirección, es decir que sobre la
totalidad de la anchura del evaporador 1 en la zona de acumulador
de frío 1'' existe únicamente un bloque de elemento acumulador. La
parte derivada del medio refrigerante es suministrada, a través de
la abertura de derrame, la cual está prevista en el segundo tubo
colector, y la abertura de derrame 13 correspondiente en el otro
recipiente colector 9 de nuevo entonces a la corriente principal de
medio refrigerante, la cual es desviada en esta zona del bloque B3
en profundidad hacia el bloque B4. El recorrido de la circulación
de medio refrigerante de la corriente parcial está representado en
la Fig. 10 mediante flechas con línea de trazos.
En lugar de la estructura descrita anteriormente
los recipientes colectores pueden estar estructurados también de
una manera diferente, en especial en forma constructiva de
placas.
En las restantes figuras están representadas
diferentes variantes de la conducción de medio refrigerante a
través de la zona de acumulador de frío 1'' del evaporador 1, las
cuales deben asegurar que el medio acumulador de frío recorra en
todos los canales de medio acumulador de frío 6'' de la forma lo más
uniforme posible su cambio de fase. Para ello hay que asegurar que
la corriente parcial derivada del medio refrigerante sea distribuida
de la manera lo más uniforme posible en los tubos planos 6 con sus
canales de medio refrigerante 6'.
Las Figuras 13a y 13b muestran una variante de
conexión con conexión de 3 bloques en el elemento acumulador. En
este caso, el medio refrigerante es distribuido, desde cada uno de
los tres primeros bloques B1 a B3 de la zona 1' convencional del
evaporador 1 al bloque de elemento acumulador correspondiente (es
decir, que hay tres bloques de elemento acumulador) y de nuevo de
vuelta. Mediante el número reducido de tubos paralelos conectados
en paralelo por bloque de elemento acumulador resulta una
distribución de medio refrigerante mejorada con respecto al ejemplo
de realización descrito con anterioridad.
Según una modificación de esta variante
representada en el dibujo están previstas más de únicamente una
abertura de salida y de entrada por bloque de la zona convencional
del evaporador, de manera que, por ejemplo, están previstos seis
bloques de elemento acumulador.
Según la segunda variante, representada en las
Figuras 14a y 14b, la conducción de la circulación de medio
refrigerante tiene lugar en el elemento acumulador en
correspondencia con la del evaporador en serie (es decir,
desviación dos veces en anchura). En esta conexión se carga, en caso
de derrame, una sola vez desde la zona 1' convencional del
evaporador 1, únicamente una tercera parte de los tubos planos del
elemento acumulador paralelamente con medio refrigerante. Otras
conexiones son asimismo posibles en la zona de acumulador de frío
1'', por ejemplo pueden estar previstos cinco bloques de elemento
acumulador.
Las Figuras 15a y 15b muestran una entrada
directa de medio refrigerante en la zona de acumulador de medio
refrigerante 1'' en lugar de la zona 1' convencional del evaporador
1. Con esta variante, se puede garantizar un suministro preferido
del bloque de elemento acumulador en el caso en que a través de la
aberturas de derrame se pueda extraer demasiado poco medio
refrigerante de la zona 1' convencional del evaporador 1.
En las Figuras 16a y 16b está prevista, como
cuarta variante, una entrada de medio refrigerante subdividida para
la zona 1' convencional del evaporador 1 y la zona de acumulador de
frío 1'', es decir que la derivación de la corriente parcial para
la zona de acumulador de frío 1'' tiene lugar todavía antes de la
entrada del medio refrigerador en el evaporador 1 en la zona del
tubo de inyección. Al mismo tiempo, la distribución de medio
refrigerante a las dos aberturas de entrada se puede optimizar, en
su caso, a través del diámetro de tubo de inyección y la pérdida de
presión en la zona 1' convencional del evaporador 1 y en la zona de
acumulador de frío 1''.
Las figuras 17a y 17b muestran una variante de
conexión con una conexión en serie de la zona de acumulador de frío
1'' y, conectada con posterioridad, de la zona 1' convencional del
evaporador 1. En esta variante se congela en primer lugar el medio
acumulador de frío en la zona de acumulador de frío 1'' mediante la
corriente de medio refrigerante (en el presente caso la entrada
tiene lugar desde abajo), antes de que el medio refrigerante
atraviese entonces en la conducción de corriente usual la zona 1'
convencional del evaporador 1. Dado que la totalidad de la
corriente de medio refrigerante es conducida por completo a través
de la zona de acumulador de frío 1'', esta variante es la que
congela con mayor rapidez el medio acumulador de frío.
En las Figuras 18a y 18b está representada otra
variante de conexión según la cual se deriva de nuevo una corriente
parcial en el primer bloque B1. La zona de acumulador de frío 1''
presenta al mismo tiempo en el presente caso dos bloques, los
cuales son atravesados en direcciones diferentes. El medio
refrigerante de la zona de acumulador de frío 1'' sale al mismo
tiempo en el recipiente colector del tercer bloque B3 y lo
atraviesa conjuntamente, es decir que el tercer bloque B3 es
atravesado por la totalidad del medio refrigerante, mientras que lo
dos primeros bloques B1 y B2 son atravesados únicamente por una
corriente de medio refrigerante (mayor). Los dos bloques de la zona
de acumulador de frío 1'' presentan, de acuerdo con la variante
representada, una anchura diferente, siendo el bloque atravesado en
primer lugar más estrecho que el bloque atravesado después.
Las variantes de conexión posibilitan optimizar
una dinámica mejorada del proceso de carga y descarga y homogeneizar
el perfil de temperatura de salida del evaporador en caso de parada
del vehículo automóvil.
Todas las variantes son independientes del medio
refrigerante (R134a, R744), de la construcción del colector
(colector doblado, forma constructiva de placas) y la conexión de
bloques del evaporador en serie (por ejemplo conexión de 2 ó 4
bloques).
Claims (11)
1. Intercambiador de calor, en particular un
evaporador (1), en particular para una instalación de climatización
de vehículos automóviles, con una pluralidad de tubos que conducen
un medio refrigerante, situados unos junto a otros, y con por lo
menos un acumulador de frío (4), en el cual está previsto un medio
acumulador de frío, caracterizado porque el evaporador (1)
presenta dos zonas (1' y 1'') dispuestas paralelas entre sí y que se
extienden a lo largo de la totalidad de la anchura, correspondiendo
la primera zona (1') en cuanto a su estructura a un evaporador
convencional, estando dispuesto el acumulador de frío (4) en una
segunda zona (1'') independiente, que puede ser atravesada por lo
menos por una parte de la corriente de medio refrigerante, la cual
atraviesa asimismo por lo menos una parte de la primera zona (1') y
estando conectadas la primera y la segunda zonas entre sí mediante
por lo menos una abertura de derrame (13).
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque están previstas dos
aberturas de derrame (13).
3. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en por lo menos un
elemento acumulador de frío (5) está dispuesto por lo menos un tubo
que conduce un medio refrigerante.
4. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo que
conduce un medio refrigerante y/o que contiene un medio acumulador
de frío es un tubo plano (6) de pared doble, encontrándose el medio
refrigerante en la zona central y el medio acumulador de frío en la
zona exterior.
5. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los tubos
conductores de un medio refrigerante de la segunda zona (1'')
terminan en un recipiente colector (12), el cual está formado
separado y conectado únicamente a través de una o varias aberturas
de derrame (13) con un recipiente colector (9) de la primera zona
(1').
6. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los tubos o
canales que conducen un medio acumulador de frío terminan en un
recipiente colector de medio acumulador de frío (10), a través del
cual sobresalen los tubos o canales que conducen un medio
refrigerante, que terminan en un recipiente colector (12)
separado.
7. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera
zona (1') presenta un número de bloques (B1 a B3), que pueden ser
atravesados en direcciones diferentes por el medio refrigerante, en
la dirección de su anchura contiguos a la segunda zona, y la segunda
zona (2'') presenta por lo menos un bloque, en particular un número
de bloques que pueden ser atravesados en direcciones diferentes por
el medio refrigerante, y el número y/o anchura de los bloques
individuales se diferencia en la dirección de la anchura del
evaporador (1) en la primera zona (1') y en la segunda zona
(1'').
8. Intercambiador de calor según la
reivindicación 7, caracterizado porque la primera zona (1')
presenta, directamente contigua a la segunda zona (1''), dos a
cuatro, en particular tres, unos bloques (B1 a B3), y la segunda
zona (1'') presenta uno a seis bloques, en particular dos a cuatro
bloques.
9. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
temperatura de cambio de fase del medio acumulador de frío está en
un intervalo comprendido entre 0ºC y 30ºC, preferentemente entre
1ºC y 20ºC, en particular entre 2ºC y 15ºC, en particular
preferentemente entre 4ºC y 12ºC.
10. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el
acumulador de frío (4) está dispuesta por lo menos una pieza
añadida.
11. Instalación de climatización con un
acumulador de frío (4), en particular para un vehículo automóvil,
con un circuito de medio refrigerante, caracterizada porque
presenta un evaporador (1) según una de las reivindicaciones 1 a
10.
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