Instalación de aire acondicionado para un vehículo, el cual es accionado por un motor de combustión interna (10),

un intercambiador de calor de calefacción (24), conectado a un circuito de líquido refrigerante (12) del motor de combustión interna (10), al cual se encuentra conectado un evaporador (44) en la dirección del flujo de aire de un soplador (48), hacia el cual un compresor (50) en un circuito refrigerante impulsa un medio refrigerante a través de una válvula de expansión (54), en donde el refrigerante fluye hacia la válvula de expansión (54) a través de un enfriador de gas (42), durante la operación de la refrigeración, y deriva el enfriador de gas (42) a través de un conducto de derivación (60) durante la operación de la calefacción, y a continuación fluye hacia el evaporador (44), estando previsto entre el circuito de líquido refrigerante (12) y el circuito del medio refrigerante (40) un intercambiador de calor de acoplamiento (38), el cual se encuentra dispuesto sobre el lado del circuito de líquido refrigerante (40), del lado de presión del compresor (50) aguas arriba del enfriador de gas (42) y del conducto de derivación (60), con lo cual, el paso del líquido es controlado en función de parámetros de funcionamiento, a través del enfriador de gas (42) y del conducto de derivación (60), a través de una válvula de conmutación (62) en el conducto de derivación (60) y, respectivamente, a través de un válvula de conmutación (62, 64) tanto en la entrada así como en la salida del enfriador de gas (42), caracterizada porque, el intercambiador de calor de acoplamiento (38) se encuentra conectado del lado del circuito de líquido refrigerante (12), entre el motor de combustión interna (10) y el intercambiador de calor de calefacción (24), y, durante la operación de la calefacción, la instalación de aire acondicionado (38, 44, 50, 54) puede ser operada como bomba de calor, con lo cual el evaporador (44) sirve como fuente de calor para el circuito del medio refrigerante, y porque el medio refrigerante es refrigerado altamente en la válvula de expansión (54), de tal modo que succiona en el evaporador (44) el calor producido durante el secado del aire

Instalación de aire acondicionado.

Estado de la técnica

La presente invención hace referencia a una instalación de aire acondicionado conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

La utilización de motores de combustión interna optimizados en cuanto al consumo, incide en la climatización de los vehículos, por ejemplo, si no se irradia el calor suficiente hacia el líquido refrigerante durante la operación en determinadas fases, como para poder calefactar el vehículo de forma confortable, por ejemplo en el caso de temperaturas externas bajas durante la fase de inicio. Por este motivo, son necesarios calefactores para asegurar el confort en caso de bajas temperaturas, así como en caso necesario, para poder también descongelar los cristales del vehículo. Una instalación de aire acondicionado puede también servir como calefactor, especialmente por el hecho de que cada vez más una mayor cantidad de vehículos son equipados en forma estandarizada con una instalación de aire acondicionado. La instalación de aire acondicionado se utiliza, en el caso de temperaturas bajas, a través de una inversión del circuito del medio refrigerante, como bomba de calor. Ésta consume menos energía y presenta una respuesta espontánea en el caso de una capacidad de calentamiento elevada.

En un futuro próximo, además, el medio refrigerante tradicional en las instalaciones de aire acondicionado, R134a, será reemplazado por el medio refrigerante natural, dióxido de carbono (CO2), el cual posibilita temperaturas de calefacción más elevadas que el R134a. En instalaciones de aire acondicionado que utilizan dióxido de carbono como medio refrigerante, la irradiación de calor no se produce mediante la condensación del medio refrigerante dentro de un condensador, sino a través de una presión supercrítica en un enfriador de gas. Si esta instalación de aire acondicionado es operada como bomba de calor a través de una inversión del circuito, tiene lugar la succión de calor mediante el enfriador de gas. Una desventaja fundamental de tal bomba de calor reside, ciertamente, en el hecho de que en el caso de temperaturas externas bajas, el enfriador de gas se cubre de hielo en el lado expuesto al aire. El enfriador del motor de combustión interna, por lo general conectado a la corriente de aire, es atravesado sólo en forma insuficiente por el aire frío, de manera que no puede ser garantizado un enfriamiento suficiente del motor de combustión interna.

Por la solicitud DE 198 06 654 A1 se conoce una instalación de aire acondicionado para vehículos, la cual emplea dióxido de carbono como medio refrigerante, el cual circula en diferentes fases en estado líquido, así como gaseoso, dentro de un circuito del medio refrigerante. En el caso de la refrigeración, un compresor transporta de regreso el medio refrigerante, a una presión baja, hacia el lado de succión, mediante un enfriador de gas, un intercambiador de calor interno, una dirección de expansión, un evaporador y mediante los intercambiadores de calor internos. De este modo, el enfriador de gas irradia una parte del calor producido a través de la compresión en el compresor. Otra parte se transmite en el intercambiador de calor interno sobre el medio refrigerante frío refluido hacia el lado de succión. En el dispositivo de expansión, el medio refrigerante es expandido hacia una temperatura que se sitúa por debajo de la temperatura ambiente, de manera que el medio refrigerante, en la vaporización del aire que afluye hacia el climatizador, puede extraer calor y, dado el caso, secar el aire al mismo tiempo. De esta manera, el aire es llevado a la temperatura deseada mediante la conexión de un intercambiador de calor de calefacción.

A través de la conmutación de distribuidores de flujo, el compresor propulsa, en primer lugar, el medio refrigerante durante un calefaccionamiento mediante el evaporador, el cual es atravesado ahora en la dirección contraria. Al mismo tiempo, el medio refrigerante irradia una parte del calor producido por la compresión en el aire que afluye hacia el climatizador. Éste calienta con ello el espacio del acompañante y descongela los cristales. Si en determinadas fases de funcionamiento del motor de combustión interna el intercambiador de calor de calefacción se encuentra más frío que el aire que lo atraviesa, es irradiado, además, calor en el circuito de líquido de refrigeración del motor de combustión interna, lo cual conduce a un retraso en la transferencia de calor dentro del espacio interior del vehículo. Puesto que no se le puede extraer humedad al aire y, antes bien, debe tenerse en cuenta que se absorben los restos de humedad del evapo-rador, es de temerse que, posteriormente, la humedad se precipite desde el aire saturado, perjudicando así la visión.

Después de la vaporización, el medio refrigerante es distendido en la dirección de expansión hacia una temperatura menor, de manera que éste, en su trayectoria hacia el lado de succión del compresor en un intercambiador de calor de acoplamiento, dispuesto entre el circuito de líquido refrigerante y el circuito del medio refrigerante, pueda absorber calor del circuito de líquido refrigerante. A través de tal instalación de aire acondicionado, es posible, en el caso de condiciones climáticas frías, elevar la temperatura dentro del espacio del acompañante en el vehículo, a expensas del motor de combustión interna.

Por la solicitud EP 0 945 291 A1 se conocen además un dispositivo y un método de calefaccionamiento y enfriamiento del espacio útil de un vehículo. Durante el calefaccionamiento, el medio refrigerante es comprimido por un compresor, alcanzando, mediante una válvula de 3/2 vías un evaporador, en el cual se emite, en el aire más frío del espacio interior del vehículo, una parte del calor producido a través de la compresión. El medio refrigerante fluye desde el evaporador hacia una válvula de expansión, en la cual es lo suficientemente refrigerado, de modo que pueda absorber calor del aire ambiente en un enfriador de gas que se encuentra conectado. Al medio refrigerante se le suministra más calor mediante un intercambiador de calor de gas residual, el cual es cargado con gases residuales calientes del motor de combustión interna.

El medio de refrigeración es conducido desde el intercambiador de calor de gas residual nuevamente hacia el compresor, a través del cual se cierra el circuito del medio refrigerante. Si el medio refrigerante se expande, en la dirección de expansión, hacia una temperatura situada por debajo de la temperatura ambiente, el aire que atraviesa el enfriador de gas puede ser refrigerado a una temperatura inferior a la temperatura de saturación. En este caso, es condensada agua desde el aire ambiente aspirado. Si la temperatura se sitúa por debajo del punto de sublimación del agua, ésta pasa a un estado sólido y el enfriador de gas se congela. Puesto que, por lo general, el enfriador de gas se encuentra conectado a un refrigerador del motor de combustión interna en la dirección de flujo de aire, a través de un congelamiento del enfriador de gas, se ve amenazado un enfriamiento del motor de combustión interna en la forma debida. Para evitar un congelamiento considerable, en el caso de condiciones ambientales críticas, es abierto un conector de derivación mediante una válvula de 3/2 vías, de manera que el enfriador de gas se ponga en cortocircuito. El medio refrigerante fluye, derivando al enfriador de gas, directamente hacia el intercambiador de calor de gas residual y desde allí hacia el lado de succión del compresor.

El aire del espacio interior del vehículo que fluye a través del evaporador sí es calentado, pero al mismo no le es extraída la humedad como en el caso de un enfriamiento. Al aire caliente le es, más bien, absorbida la humedad restante y ésta es irradiada como empañadura en los cristales dentro del espacio interior del vehículo. Una deshumidificación suficiente del aire puede obtenerse, en un sistema de esta clase, sólo a través de intercambiadores de calor adicionales en el climatizador, para lo cual se requiere un volumen de construcción adicional, lo cual no se presenta en muchos vehículos.

Por la solicitud DE 198 18 649 A1 se conoce una instalación de aire acondicionado conforme al género, la cual opera de acuerdo a un régimen de calefacción adicional, para, en la fase de curso de calor del motor de combustión interna, proporcionar calor adicional para el calentamiento del motor de combustión interna y del espacio interior del vehículo, cuando el motor de combustión interna no puede proporcionar el calor suficiente. La instalación de aire acondicionado se compone de al menos...

1. Instalación de aire acondicionado para un vehículo, el cual es accionado por un motor de combustión interna (10), un intercambiador de calor de calefacción (24), conectado a un circuito de líquido refrigerante (12) del motor de combustión interna (10), al cual se encuentra conectado un evaporador (44) en la dirección del flujo de aire de un soplador (48), hacia el cual un compresor (50) en un circuito refrigerante impulsa un medio refrigerante a través de una válvula de expansión (54), en donde el refrigerante fluye hacia la válvula de expansión (54) a través de un enfriador de gas (42), durante la operación de la refrigeración, y deriva el enfriador de gas (42) a través de un conducto de derivación (60) durante la operación de la calefacción, y a continuación fluye hacia el evaporador (44), estando previsto entre el circuito de líquido refrigerante (12) y el circuito del medio refrigerante (40) un intercambiador de calor de acoplamiento (38), el cual se encuentra dispuesto sobre el lado del circuito de líquido refrigerante (40), del lado de presión del compresor (50) aguas arriba del enfriador de gas (42) y del conducto de derivación (60), con lo cual, el paso del líquido es controlado en función de parámetros de funcionamiento, a través del enfriador de gas (42) y del conducto de derivación (60), a través de una válvula de conmutación (62) en el conducto de derivación (60) y, respectivamente, a través de un válvula de conmutación (62, 64) tanto en la entrada así como en la salida del enfriador de gas (42), caracterizada porque, el intercambiador de calor de acoplamiento (38) se encuentra conectado del lado del circuito de líquido refrigerante (12), entre el motor de combustión interna (10) y el intercambiador de calor de calefacción (24), y, durante la operación de la calefacción, la instalación de aire acondicionado (38, 44, 50, 54) puede ser operada como bomba de calor, con lo cual el evaporador (44) sirve como fuente de calor para el circuito del medio refrigerante, y porque el medio refrigerante es refrigerado altamente en la válvula de expansión (54), de tal modo que succiona en el evaporador (44) el calor producido durante el secado del aire.

2. Instalación de aire acondicionado conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque, el medio refrigerante sirve como medio para que la irradiación de calor se produzca a una presión supercrítica.

3. Instalación de aire acondicionado conforme a la reivindicación 2, caracterizada porque, el medio refrigerante es dióxido de carbono.

4. Instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, la válvula de conmutación (64) en la salida del enfriador de gas (42) se encuentra conformada como válvula de retención.

5. Instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, el intercambiador de calor de calefacción (24) se encuentra puenteado mediante un conducto de derivación (26), en cuya ramificación se encuentra dispuesta una válvula reguladora de calor (28) controlada por la temperatura del aire caliente.

6. Instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, en el lado del circuito del medio refrigerante (40), delante del intercambiador de calor de acoplamiento (38), se prevé una válvula de mariposa (74).

7. Instalación de aire acondicionado conforme a la reivindicación 6, caracterizada porque, delante de la válvula de mariposa (74), un conducto de derivación (76) se ramifica, el cual puentea el intercambiador de calor de acoplamiento (38) y presenta una válvula de conmutación (68).

8. Instalación de aire acondicionado conforme a la reivindicación 7, caracterizada porque, la válvula de conmutación (62) en el conducto de derivación (26) agregado al enfriador de gas (42), la válvula de conmutación (66) en la entrada del enfriador de gas (42) y la válvula de conmutación (68) en el conducto de derivación (76) agregada al intercambiador de calor de acoplamiento (38), se encuentran combinadas a una válvula de 4/2 vías.

9. Instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, el intercambiador de calor de acoplamiento (38) funciona de acuerdo al principio de contracorriente.

10. Instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, el intercambiador de calor de acoplamiento (38) está producido como una microestructura.

11. Instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, en la dirección del flujo de aire, aguas abajo del enfriador de gas (42), se encuentra dispuesto un intercambiador de calor interno (52), el cual es atravesado, de acuerdo al principio de contracorriente, por un lado, por el medio refrigerante comprimido y, por otro lado, por el medio refrigerante expandido por el evaporador (44), en donde un conducto de derivación (56) con una válvula de seguridad (58) se encuentra conectado en paralelo con el intercambiador de calor interno (52).

12. Instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, paralelamente al evaporador (44) se prevé un evaporador (78) adicional, el cual se encuentra expuesto al aire exterior.

13. Método de accionamiento de una instalación de aire acondicionado conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, durante el cambio de la refrigeración a la calefacción, la válvula de conmutación (66) en la entrada del enfriador de gas (42) y la válvula de conmutación (62) en el conducto de derivación (60) del enfriador de gas (42) se encuentran cerradas, mientras que la válvula de conmutación (64) en la salida del enfriador de gas (42) y la válvula de expansión (54) se encuentran abiertas, hasta que la presión en la salida del compresor (50) haya alcanzado un valor de consigna superior, ante el cual se abre la válvula de conmutación (62) del conducto de derivación (60), y se cierra la válvula de conmutación (64) en la salida del enfriador de gas (42), hasta que la presión de la salida del compresor (50) haya descendido hasta un valor de consigna inferior.