BR112012029728B1

BR112012029728B1 - instalação de ar condicionado/aquecedor e veículo compreendendo referida instalação

Info

Publication number: BR112012029728B1
Application number: BR112012029728-7A
Authority: BR
Inventors: Patrick Bach
Original assignee: Peugeot Citroën Automobiles SA
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2021-01-12
Also published as: CN103025550B; WO2011148071A1; CN103025550A; FR2960628B1; FR2960628A1; JP5991965B2; EP2576255A1; JP2013526458A; EP2576255B1; BR112012029728A2; US20130055747A1; ES2534919T3

Abstract

INSTALAÇÃO DE AR CONDICIONADO/AQUECEDOR E VEÍCULO COMPREENDENDO REFERIDA INSTALAÇÃO. Instalação de ar condicionado/aquecedor (IC) compreendendo um compressor (CP) capaz de aquecer e pressurizar um ar refrigerado, um condensador interno (CDI), no modo de aquecimento , de contribuir em direção do aquecimento do ar conhecido como ar interior pela troca com a refrigeração vinda do compressor (CP), um redutor de pressão externa (DTE) capaz, no modo de aquecimento, de resfriar o ar refrigerado, e um evaparador externo (EE) capaz, no modo de aquecimento, de aquecer o ar refrigerado vindo do redutor de pressão externa (DTE) pela troca de calor com um ar conhecido como ar exterior para alimentar no compressor (CP). Esta instalação (IC) ainda compreende um condensador externo (CDE) contíguo com o evaporador externo (EE) e capaz, no modo de aquecimento, de resfriar o ar refrigerado vindo do condensador interno (CDI) para alimentar o redutor de pressão externa (DTE) e constituir uma fonte de calor para o evaporador externo contíguo (EE) de modo a reduzir a probabilidade do mesmo (EE) de congelar na presença do ar exterior em uma baixa temperatura.

Description

INSTALAÇÃO DE AR CONDICIONADO/AQUECEDOR E VEÍCULO COMPREENDENDO REFERIDA INSTALAÇÃO

[0001] A invenção se refere às instalações de climatização/aquecimento que equipam certos veículos, eventualmente do tipo automotivo e certos edifícios.

[0002] Como conhecido por um técnico no assunto, conhecedor do estado da técnica, certas instalações de aquecimento/climatização constituem bombas de calor reversíveis capazes de funcionar no modo de aquecimento como no modo de refrigeração. Elas compreendem notadamente nesse sentido, um condensador interno carregado, no modo aquecimento, contribuindo para o aquecimento de um ar dito interior pela troca com um fluído refrigerante aquecido e sob pressão, e um evaporador externo carregado, no modo aquecimento, de aquecer o fluído refrigerante resfriado e despressurizado pela troca com um ar dito exterior.

[0003] Se entende aqui por “externo” um equipamento intervindo no processo de troca de calorias com o ar exterior (como por exemplo um evaporador externo ou um redutor externo alimentando um evaporador externo), e por “interno” um equipamento intervindo no processo de troca de calorias com o ar interior (como por exemplo um condensador interno ou um evaporador interno ou ainda um redutor interno alimentando um evaporador interno).

[0004] Quando faz frio ou muito frio, ou seja quando a temperatura do ar exterior for negativa ou situada na vizinhança de zero graus centígrados (0o C), o contato entre o ar exterior e o fluído refrigerante parcialmente resfriado, que é emitido pelo condensador interno e que circula no evaporador externo, provoca freqüentemente o congelamento desse último, o que atrapalha o seu funcionamento e portanto torna a instalação menos eficiente.

[0005] Para tentar remediar esses inconvenientes várias soluções foram propostas.

[0006] Assim, uma primeira solução, notadamente descrita no documento Patente FR 2525330, consiste em associar ao evaporador externo condutos dedicados ao descongelamento nos quais circula um fluído refrigerante emitido de um circuito de arrefecimento (por exemplo, de um motor de veículo). O inconveniente dessa primeira solução reside no fato que ela necessita de uma importante modificação no evaporador externo. Além disso, ela se mostra dificilmente utilizável quando o fluído refrigerante for praticamente inexistente ou energicamente indisponível no modo aquecimento, como notadamente no caso de veículos ditos “todo elétrico” ou “híbrido” ou nos edifícios.

[0007] Uma segunda solução, notadamente descrita no documento Patente GB 988874, consiste em implantar o evaporador externo no mesmo recinto que o condensador interno, a fim de que o primeiro possa se re-aquecer graças ao líquido refrigerante circulando no segundo. O inconveniente dessa segunda solução reside no fato que ela é muito constrangedora, visto ser impossível de se acionar em um veículo automotivo, e nula às performances globais.

[0008] Uma terceira solução, notadamente descrita no documento Patente US 5,586,448, consiste em utilizar um radiador elétrico adicional para aquecer um fluído refrigerante que circula no evaporador externo. O inconveniente dessa terceira solução reside no fato que elas necessitam não somente de uma modificação no evaporador externo, mas igualmente um dispositivo de aquecimento elétrico adicional, que se revela volumoso e consumidor de energia (se penalizando em termos de autonomia no caso de um veículo elétrico ou híbrido).

[0009] Também conhecida no documento EP1610076 é uma instalação de aquecimento / ar condicionado de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

[0010] A invenção tem, portanto, por objetivo propor uma instalação de aquecimento/climatização otimizando o modo de refrigeração.

[0011] Ela propõe mais precisamente nesse sentido uma instalação de aquecimento/climatização, de acordo com a parte caracterizante da reivindicação 1.

[0012] A instalação de acordo com a invenção poderá compreender outras características que poderão ser utilizadas separadamente ou em combinação, e principalmente, o seu condensador externo poderá ser apropriado, em modo refrigeração para pré-resfriar o fluído refrigerante emitido do compressor pela troca com o ar exterior, tendo em vista alimentar com fluído refrigerante pré-resfriado o redutor interno;

- ela poderá compreender uma primeira válvula do tipo três vias e compreendendo uma entrada acoplada à saída do compressor, uma primeira saída acoplada à entrada do condensador interno e uma segunda saída acoplada à uma primeira entrada/saída do condensador externo;
- ela poderá compreender uma segunda válvula do tipo três vias e compreendendo uma entrada acoplada à saída do condensador interno, uma saída acoplada à entrada do evaporador interno, e uma entrada/saída acoplada à uma segunda entrada/saída do condensador externo;
- ela poderá compreender uma terceira válvula do tipo três vias e compreendendo uma primeira entrada acoplada à segunda saída da primeira válvula, uma saída acoplada à entrada do redutor externo, e uma entrada/saída acoplada à primeira entrada/saída do referido condensador externo;
- ela poderá compreender uma quarta válvula do tipo três vias e compreendendo uma primeira entrada acoplada à saída do evaporador interno, uma segunda entrada acoplada à saída do evaporador externo e uma saída acoplada à entrada do compressor;
- seu condensador interno poderá ser apropriado, no modo aquecimento, a aquecer o ar interior pela troca com o fluído refrigerante emitido do condensador;
- como variante, seu condensador interno poderá ser apropriado, em modo aquecimento, a aquecer pela troca com o fluído refrigerante que é emitido do compressor, um fluído refrigerante que é destinado para alimentar um aquecedor de ar apropriado para aquecer o ar interior pela troca térmica.

[0013] A invenção propõe igualmente um veículo, eventualmente do tipo automotivo, compreendendo uma instalação de aquecimento/climatização do tipo daquele apresentado acima.

[0014] Outras características e vantagens da invenção se tornarão aparentes após detalhada descrição da mesma, com relação aos desenhos em anexo, apresentados em caráter exemplificativo e não limitativo, nos quais:

- A Figura 1 ilustra esquematicamente e funcionalmente uma primeira configuração de uma instalação de aquecimento/climatização de acordo com a invenção, em modo aquecimento;
- A Figura 2 ilustra esquematicamente e funcionalmente uma segunda configuração de uma instalação de aquecimento/climatização de acordo com a invenção, em modo aquecimento; e
- A Figura 3 ilustra esquematicamente e funcionalmente a instalação de aquecimento/climatização da Figura 1 em modo refrigeração.

[0015] A invenção tem por objetivo propor uma instalação de aquecimento/climatização (IC) do tipo bomba de calor reversível.

[0016] Além disso, se considera, à título de exemplo não limitativo, que a instalação de aquecimento/climatização (IC) faz parte de um veículo automotivo, como por exemplo um automóvel, eventualmente do tipo “todo elétrico” ou “híbrido”. Mas, a invenção não está limitada à essa aplicação. Ela se refere com efeito à toda instalação de aquecimento/climatização do tipo bomba de calor reversível, que seja destinada em um veículo ou em um edifício.

[0017] Se tem esquematicamente representado nas Figuras 1 à 3 dois exemplos de configuração de instalação de aquecimento/climatização IC, de acordo com a invenção. O primeiro exemplo de configuração, ilustrado nas Figuras 1 e 3, é por exemplo destinado a ser implantado em um veículo automotivo elétrico ou em um edifício. O segundo exemplo de configuração ilustrado na Figura 2, é por exemplo destinado a ser implantado em um veículo automotivo do tipo híbrido.

[0018] Uma instalação de aquecimento/climatização IC, de acordo com a invenção é destinado a funcionar em modo aquecimento ou em modo refrigeração de acordo com as necessidades. Ela compreende notadamente nesse sentido um compressor CP, um condensador interno CDI, um redutor externo DTE, um evaporador externo EE, e um condensador externo CDE que intervém todos ao menos no modo de aquecimento.

[0019] O compressor CP é encarregado de aquecer e pressurizar um fluído refrigerante que, em modo aquecimento, é emitido do evaporador externo EE.

[0020] O condensador interno CDI não intervém no modo aquecimento. Ele é encarregado de contribuir para o aquecimento de um ar dito interior (que provém aqui do interior da cabine do veículo) por troca com o fluído refrigerante transformado em gás quente e pressurizado pelo compressor CP. Ele libera em sua saída um fluído refrigerante em fase líquida parcialmente resfriado durante a troca com o ar interior.

[0021] No exemplo ilustrado nas Figuras 1 e 3, o condensador interno CDI é do tipo gás/ar. Ele é, portanto, encarregado de aquecer o ar interior que atravessa pela troca com o fluído refrigerante (gás quente e pressurizado) que circula em seus condutos entre suas placas empilhadas.

[0022] No exemplo ilustrado na Figura 2, o condensador interno CDI é do tipo gás/líquido. Ele é portanto encarregado de aquecer um fluído refrigerante, que circula em alguns dos seus condutos ou entre algumas partes de suas placas empilhadas e que é emitido de um circuito de arrefecimento, pela troca com o fluído refrigerante (gás quente e pressurizado) que circula em certas partes de seus condutos ou entre outras partes de suas placas empilhadas. Esse fluído refrigerante aquece volta então ao circuito de arrefecimento para alimentar uma bomba PE, encarregada de alimentar um aquecedor de ar AR que é encarregado, em modo aquecimento, de aquecer o ar interior que atravessa pela troca com o fluído refrigerante aquecido. Classicamente, o fluído refrigerante que sai do aquecedor de ar AR alimenta a parte do circuito de arrefecimento que atravessa o motor MR e que alimenta o condensador interno CDI.

[0023] Se entende aqui por << aquecedor de ar >> um trocador de calor do tipo ar/líquido.

[0024] Além disso, se notará que o aquecedor de ar AR poderá eventualmente fazer parte a instalação IC.

[0025] O redutor externo DTE intervém no modo de aquecimento. Ele é encarregado de resfriar e despressurizar o fluído refrigerante que é emitido do condensador externo CDI, antes que ele alimente o evaporador externo EE. Ele libera um líquido resfriado e despressurizado.

[0026] O evaporador externo EE intervém no modo de aquecimento. Ele é encarregado de aquecer o fluído refrigerante (líquido resfriado e despressurizado) que é emitido do redutor externo DE pela troca com o ar exterior (frio), ou seja, pela absorção das calorias contidas no ar exterior. Ele libera na saída um fluído refrigerante, em fase gasosa e levemente aquecido, que é destinado a alimentar o compressor CP.

[0027] O condensador externo CDE é contíguo com o evaporador externo EE.

[0028] Se entende aqui por “contíguo” o fato de estar em contato com o evaporador externo EE, ou ainda na vizinhança imediata do mesmo (EE), tipicamente a certos centímetros, o ainda encaixado no evaporador externo.

[0029] O condensador externo CDE é encarregado, em modo aquecimento, de coletar o fluído refrigerante, que é emitido do condensador interno CDI, para alimentar com esse fluído refrigerante o redutor externo DTE e constituir uma fonte de calor para o evaporador externo EE contíguo. Se compreenderá então que essa fonte de calor (que constitui o condensador externo CDE) é de natureza a reduzir a probabilidade que o evaporador externo EE venha congelar na presença de um ar exterior cuja temperatura é baixa.

[0030] Se entende aqui por “reduzir a probabilidade de congelar” o fato de limitar tanto quanto possível a criação de um congelamento ao nível do evaporador externo EE. Tipicamente, o congelamento não poderá aparecer uma presença de uma temperatura exterior baixa de uma umidade importante e de uma baixa velocidade do ar exterior.

[0031] Importante notar que o aquecimento do evaporador externo EE poderá se fazer por condução térmica, em caso de encaixe ou de contato mecânico com o condensado externo CDE, e/ou pelo viés do ar exterior que foi aquecido durante sua passagem através do condensador externo CDE (que necessita que o mesmo (CDE) seja colocado acima do evaporador externo EE defronte do fluxo do ar exterior, como ilustrado).

[0032] Se notará que o condensador externo CDE e o evaporador externo EE (poderá constituir duas sub-partes contíguas (eventualmente encaixadas) de um mesmo trocador de calor ou ainda dois trocadores de calor independentes e contíguos.

[0033] Se notará igualmente que o condensador externo CDE poderá igualmente funcionar no modo refrigeração. Nesse caso, a instalação deverá igualmente compreender um redutor interno DTI e um evaporador interno EI, como ilustrado nas Figuras 1 a 3.

[0034] O redutor interno DTI só intervém no modo refrigeração. Ele é encarregado de resfriar e despressurizar o fluído refrigerante (em fase líquida) que é emitido do condensador externo CDE, antes que ele chegue no evaporador interno EI.

[0035] O evaporador interno EI intervém igualmente somente no modo refrigeração. Ele é encarregado de resfriar o ar interior que atravessa pela troca térmica com o fluído refrigerante resfriado e despressurizado (em fase líquida) que é emitido do redutor interno DTI.

[0036] No modo de refrigeração, o condensador externo CDE é encarregado de pré-resfriar o fluído refrigerante (gás quente e pressurizado) que é emitido do compressor CP, pela troca térmica com o ar exterior, a fim de alimentar o redutor interno DTI no fluído refrigerante pré-resfriado (em fase líquida).

[0037] A fim de facilitar o controle do funcionamento da instalação IC, mas igualmente de limitar seu volume, essa última (IC) poderá compreender uma ao menos das válvulas Vj, do tipo três vias, apresentadas a seguir:

- uma primeira válvula V 1 (j = 1) compreendendo uma entrada acoplada à saída do compressor CP, uma primeira saída acoplada à entrada /saída do condensador externo CDE;
- uma segunda válvula V2 (j - 2) compreendendo uma entrada acoplada à saída do condensador interno CDI, uma saída acoplada à entrada do evaporador interno EI, e uma entrada/saída acoplada a um segunda entrada/saída do condensador externo CDE;
- uma terceira válvula V3 (j = 3) compreendendo uma primeira entrada acoplada à segunda saída da primeira válvula V1, uma saída acoplada à primeira entrada/saída do condensador externo;
- uma quarta válvula V4 (j = 4) compreendendo uma primeira entrada acoplada à saída do evaporador interno EI, uma segunda entrada acoplada à saída do evaporador externo EE, e uma saída acoplada à entrada do compressor CP.

[0038] Se notará igualmente, como ilustrado limitativamente nas Figuras 1 à 3, que a instalação IC poderá eventualmente compreender um ou vários reservatórios de desidratação RD1, RD2. Nos exemplos ilustrados, a instalação IC compreende um primeiro reservatório de desidratação RD1 implantado entre uma primeira entrada/saída do condensador externo CDE e a entrada do redutor interno DTE, e um segundo reservatório de desidratação RD2 implantado entre uma segunda entrada/saída do condensador externo CDE e a entrada do evaporador interno EI.

[0039] O modo aquecimento de instalação IC é materializado pelas flechas nas Figuras 1 e 2. Nesse modo aquecimento, o fluído refrigerante circula do compressor CP para o condensador interno CDI onde ele serve (Figura 1) ou somente contribui (Figura 2) à aquecer o ar interior pela troca térmica. A primeira válvula V1 é então configurada de maneira a orientar o fluído refrigerante para o condensador interno CDI. Em seguida, o fluído refrigerante vai do condutor interno CDI para o condensador externo CDE, através da segunda válvula V2 que é configurada nesse sentido, Ela aquece então o evaporador externo DTE, através da terceira válvula V3 que é configurada nesse sentido. Ela é então parcialmente resfriada e despressurizada. Em seguida, o fluído refrigerante vai do redutor externo DTE para o evaporador externo EE onde ele é resfriado pela troca térmica com o ar exterior. Enfim, o fluído refrigerante vai do evaporador externo EE para o compressor CP onde ele é transformado em gás quente e pressurizado, através da quarta válvula V4 que é configurada nesse sentido.

[0040] O modo refrigeração da instalação IC é materializado pelas flechas na Figura 3. Nesse modo refrigeração, o fluído refrigerante circula do compressor CP para o condensador externo CDE onde ele é parcialmente resfriado pela troca térmica com o ar exterior. As primeira V1 e terceira V3 válvulas são configuradas nesse sentido. Em seguida, o fluído refrigerante vai do condensador externo CDE para o redutor interno DTI onde ele é resfriado e despressurizado, através da segunda válvula V2 que é configurada nesse sentido. Em seguida, o fluído refrigerante vai do redutor interno DTI para o evaporador interno EI onde ele é resfriado pela troca térmica do ar interior que atravessa essa última (EI). Em seguida, o fluído refrigerante vai do evaporados interno EI para o compressor CP onde ele é transformado em gás aquecido e pressurizado, através da quarta válvula V4 que é configurada nesse sentido.

[0041] A invenção oferece várias vantagens, entre as quais:

- ela não necessita de um dispositivo de aquecimento adicional, que é particularmente vantajoso no caso da implantação em um sistema do tipo todo elétrico ou híbrido.
- ela permite melhorar o rendimento (coeficiente de performance) do ciclo termodinâmico da instalação quando a temperatura exterior estiver fria, muito fria, sem aumentar notadamente sua complexidade, se diminuindo a entalpia para a entrada do evaporador externo, permitindo assim aumentar a energia de evaporação do mesmo, para um mesmo débito de fluído refrigerante circulando e portanto uma mesma energia consumida.

[0042] A invenção não se limita às configurações de instalação de aquecimento/climatização e do veículo acima descritos somente a título de exemplo, mas ela engloba todas as variantes que possam ser visualizadas por um técnico no assunto conhecedor do estado da técnica, sem fugir do escopo das reivindicações anexas.

Claims

“INSTALAÇÃO DE AR CONDICIONADO/AQUECEDOR”, compreendendo um condensador (CP) apropriado à aquecer e pressurizar um fluído refrigerante, um condensador interno (CDI) apropriado, no modo aquecimento, a contribuir para o aquecimento de uma ar dito interior pela troca com o referido fluído refrigerante emitido do referido compressor (CP), um redutor externo (DTE) apropriado, no modo aquecimento, à resfriar o referido fluído refrigerante, e um evaporador externo (EE) apropriado, no modo aquecimento, para aquece o referido fluído refrigerante emitido do referido redutor externo (DTE) pela troca com um ar dito exterior para alimentar o referido compressor (CP), a referida instalação compreende um condensador externo (CDE) contíguo com o referido evaporador externo (EE) e apropriado, no modo aquecimento, à coletar o referido fluído refrigerante emitido pelo referido condensador interno (CDI) para alimentar o referido redutor externo (DTE) e constituir uma fonte de calor para o referido evaporador externo (EE) contíguo, de maneira a reduzir a probabilidade do mesmo (EE) congelar na presença de um ar exterior apresentando uma temperatura baixa e compreende ainda um redutor interno (DTIM) apropriado, no modo refrigeração, para resfriar o referido fluído refrigerante, e um evaporador interno (EI) apropriado, no modo refrigeração, para resfriar o referido ar interior pela troca com o referido fluído refrigerante emitido do redutor interno (DTI) a referida instalação é caracterizada por o referido condensador externo (CDE) ser apropriado, no modo refrigeração, à pré-resfriar o referido fluído refrigerante emitido do referido compressor (CP) pela troca com o referido ar exterior, tendo em vista de se alimentar no fluído refrigerante pré-resfriado o referido redutor interno (DTI).
“INSTALAÇÃO”, de acordo com as reivindicação 1, caracterizada por compreender uma primeira válvula (V1) do tipo três vias e compreendendo uma entrada acoplada à saída do referido compressor (CP), uma primeira saída acoplada à entrada do referido condensador interno (CDI) e uma segunda saída acoplada à uma primeira entrada/saída do referido condensador externo (CDE).
“INSTALAÇÃO”, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por compreender uma segunda válvula (V2) do tipo três vias e compreendendo uma entrada acoplada à saída do referido condensador interno (CDI), uma saída acoplada à entrada do referido evaporador interno (EI), e uma entrada/saída acopladas à uma segunda entrada/saída do referido condensador externo (CDE).
“INSTALAÇÃO”, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizada por compreender uma terceira válvula (V3) do tipo três vias e compreendendo uma primeira entrada acoplada à segunda saída da referida primeira válvula (V1), uma saída acoplada à entrada do referido redutor externo (DTE), e uma entrada/saída acopladas à primeira entrada/saída do referido condensador externo (CDE).
“INSTALAÇÃO”, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por compreender uma quarta válvula (V4) do tipo três vias e compreendendo uma primeira entrada acoplada à saída do referido evaporador interno (EI), uma segunda entrada acoplada à saída do referido evaporador externo (EE), e uma saída acoplada à entrada do referido compressor (CP).
“INSTALAÇÃO”, de acordo com de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por o referido condensador interno (CDI) ser apropriado, no modo aquecimento, a aquecer o referido ar interior pela troca com o referido fluído refrigerante emitido do referido compressor (CP).
“INSTALAÇÃO”, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por o referido condensador interno (CDI) ser apropriado, no modo aquecimento, à aquecer pela troca com o referido fluído refrigerante emitido do referido compressor (CP), um fluído refrigerante destinado a alimentar um aquecedor de ar (AR) apropriado à aquecer o referido ar interior pela troca térmica.
“VEÍCULO”, de acordo com as reivindicações precedentes, caracterizado por compreender uma instalação de aquecimento/climatização (IC).