ES1058126U - Dispositivo de climatizacion para vehiculos y similares. - Google Patents

Abstract

1. Dispositivo de climatización para vehículos y similares, del tipo de los que el calor de la calefacción se obtiene aprovechando la disipación del calor del fluido de refrigeración del motor del vehículo, haciendo pasar este fluido a través de tubos (2) incluidos en un módulo (1) calefactor, caracterizado porque como complemento del módulo calefactor (1) se disponen unas resistencias eléctricas constituidas por un hilo resistivo (6) de una composición de níquel y hierro, cuya resistividad aumenta en función de la temperatura, proporcionando una autorregulación que evita la elevación excesiva de temperatura en dichas resistencias eléctricas.

Description

Dispositivo de climatización para vehículos y similares.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con los sistemas de climatización de vehículos, y en particular de automóviles, proponiendo un dispositivo destinado como medio de calentamiento adicional de apoyo del sistema de calefacción convencional, con unas características de autorregulación que proporcionan unas condiciones de total seguridad.

Estado de la técnica

Tradicionalmente el calentamiento ambiental del habitáculo de los automóviles se realiza aprovechando el propio calor del motor del vehículo, de manera que el fluido de refrigeración del motor se hace pasar por un conjunto de tubos con aletas que van dispuestos en un módulo, impulsando a través de dicho módulo una corriente forzada de aire, de forma que el aire impulsado se calienta en el contacto con las aletas de los tubos y lleva el calor al habitáculo a calentar.

Este sistema tiene el inconveniente de que, en tanto que el motor del vehículo no se calienta a la temperatura de régimen (unos 80°C) no se dan las condiciones precisas para que la calefacción cumpla su efecto; lo cual supone que en el arranque inicial tenga que transcurrir un tiempo hasta que el efecto calefactor comience. Debido a que los motores de los vehículos son cada vez más sofisticados, resultando menor su calentamiento, el problema del sistema calefactor es, por esta circunstancia, aún mayor.

Para paliar ese inconveniente se conocen soluciones basadas en la incorporación de un elemento calefactor eléctrico en el circuito de proyección del aire de calefacción, de manera que el aire impulsado para la calefacción se calienta al pasar por dicho elemento, aunque el módulo de tubos del sistema calefactor, por donde discurre el fluido del circuito de refrigeración del vehículo, no se encuentre aún caliente, con lo que el efecto calefactor resulta efectivo desde el primer momento, incluso cuando el motor del vehículo todavía no se ha calentado.

En ese sentido se utilizan elementos calefactores formados por un bastidor cruzado por hilos resistivos al descubierto, los cuales, por seguridad deben ir bien sujetos en el bastidor, para evitar su contacto con otros elementos. Esta realización tiene el inconveniente de que si falla la impulsión del aire del sistema calefactor, los hilos resistivos adquieren una temperatura muy elevada, deteriorando los elementos de plástico que estén próximos en la instalación y dando origen a un alto riesgo de incendio. Para evitar esto se pueden colocar elementos termofusibles de seguridad, pero dichos elementos tienen el inconveniente de ser irreversibles y al actuar obligan a llevar el vehículo al garaje para su reparación.

Otra solución conocida consiste en la utilización de resistencias cerámicas (PTC) como medio calefactor eléctrico complementario en el sistema de la calefacción, las cuales resistencias tienen la ventaja de que son autorregulantes, ya que al aumentar su temperatura aumenta proporcionalmente su resistividad (R), con lo cual baja la potencia (W) en función de la fórmula W=V^{2}/R, ya que la tensión (V) es constante, de manera que por el propio comportamiento de estas resistencias, la temperatura en ellas no puede alcanzar valores peligrosos. Esta solución tiene sin embargo el inconveniente de que las resistencias cerámicas (PTC) son de un coste elevado y que, en su comportamiento inicial, se producen picos no deseables.

Además tanto esta solución de resistencias cerámicas (PTC) como la anterior, requieren de un bastidor adicional, lo que, supone una ocupación de espacio en la instalación, que resulta problemática en los diseños actuales de los vehículos, en los que, cada vez hay menos espacio disponible.

Pueden emplearse también resistencias eléctricas de hilo resistivo estructuradas en forma de resistencias blindadas, las cuales tienen la ventaja de no ocupar un espacio adicional, ya que se pueden disponer en el interior de los tubos por donde circula el agua del circuito de refrigeración del vehículo, pero dichas resistencias requieren de un termofusible de seguridad de forma que, si por circunstancias anormales la temperatura de la resistencia se eleva demasiado, el termofusible actúa y corta la conducción eléctrica interrumpiendo el funcionamiento de la resistencia antes de que se pueda causar deterioro a otros elementos adyacentes o alcanzar una temperatura de riesgo. Esta solución tiene el inconveniente de la irreversibilidad, ya que cuando el termofusible se funde es necesario cambiar la resistencia correspondiente, lo que requiere una operación de taller y la consiguiente inmovilización del vehículo.

Objeto de la invención

De acuerdo con la presente invención se propone un dispositivo para los sistemas de climatización mencionados, con el cual se logra una solución que resulta particularmente ventajosa en los aspectos constructivo y funcional.

Según la invención también se utilizan en el sistema de climatización medios calefactores de complemento formados por resistencias eléctricas, pero ahora, tales resistencias se constituyen por un hilo resistivo de níquel y hierro, particularmente en una proporción de 70% de níquel y 30% de hierro, cuya resistividad aumenta en función de la temperatura, con una consiguiente disminución de la potencia cuando aumenta la temperatura de la resistencia.

El hilo resistivo se incluye aislado dentro de una cubierta tubular, en forma de una resistencia blindada, con terminales de conexión saliendo por los extremos.

Se obtiene así un medio calefactor formado por una resistencia eléctrica de comportamiento autorregulable como las resistencias cerámicas (PTC), es decir con disminución de la potencia cuando la temperatura aumenta, lo cual hace que la temperatura no pueda alcanzar valores peligrosos. Con las resistencias utilizadas según la invención, se obtiene una reducción de la potencia en función de la temperatura de hasta un 70%, lográndose por lo tanto un gran efecto de la autorregulación.

La composición del hilo resistivo a base de níquel y hierro, de las mencionadas resistencias que se utilizan según la invención, hace que estas resistencias resulten no sólo más económicas que las resistencias cerámicas (PTC), sino incluso más económicas que las resistencias normales cuyo hilo resistivo es de composición níquel-cromo, por ejemplo en proporciones de 80% de níquel y 20% de cromo, con las cuales no se obtiene además el efecto autorregulador.

La disposición constructiva de las resistencias utilizadas según la invención, en forma de resistencias blindadas, las hace, por otro lado, incorporables en el propio módulo de los tubos calefactores del sistema de calefacción de los automóviles, colocándose en el interior de los tubos del propio módulo calefactor convencional, lo cual elimina totalmente los problemas de espacio en la instalación.

Como aislante interior entre el hilo resistivo y la cubierta de las resistencias de emplea además una mezcla de óxido de silicio y óxido de magnesio, que tiene la particularidad de ser un buen aislante eléctrico a baja temperatura, pero que a medida que aumenta la temperatura se va haciendo más conductor, lo cual permite, en combinación con un sensor de la resistencia del aislamiento entre el hilo resistivo y la cubierta, determinar el corte del suministro eléctrico cuando la temperatura alcanza un determinado nivel, dependiendo dicho nivel de las proporciones de óxido de silicio y óxido de magnesio en la mezcla aislante. De este modo se obtiene una eficaz seguridad contra los eventuales excesos de temperatura, sin los inconvenientes de los termofusibles convencionales.

Por todo ello, con el dispositivo preconizado se obtienen ciertamente unas características muy ventajosas, dando lugar a una realización de carácter preferente y con vida propia respecto de las realizaciones conocidas de la misma función.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra un esquema de la disposición convencional de calefacción de un automóvil.

La figura 2 es un esquema de la disposición de calefacción con un medio complementario de calentamiento adicional de apoyo, también dentro de las soluciones incluidas en el estado de la técnica.

La figura 3 es una vista en sección longitudinal de una resistencia blindada autorregulable, para el calentamiento adicional, de acuerdo con la invención.

La figura 4 es una gráfica de la variación de la resistividad de la resistencia autorregulable objeto de la invención, en función de la temperatura del hilo resistivo.

La figura 5 es una gráfica de la variación de la potencia de la resistencia autorregulable objeto de la invención, en función de la temperatura.

La figura 6 es una gráfica de la evolución de la potencia de la resistencia autorregulable objeto de la invención, en relación con el coeficiente de resistividad del hilo, hasta el punto de estabilización en convección natural.

La figura 7 es un esquema de la disposición de calefacción con resistencias blindadas dentro de algunos de los tubos del módulo calefactor por los que pasa el fluido de refrigeración del motor.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un dispositivo para el sistema de climatización de los vehículos automóviles, como complemento de los sistemas convencionales constituidos, como representa la figura 1, por un módulo (1), en el que se disponen una serie de tubos (2) por los que se hace pasar el fluido de refrigeración del motor del vehículo; de forma que, mediante una corriente de aire (3) impulsada por un medio (4), tal como un ventilador, el calor que se disipa por los mencionados tubos (2), provistos a tal efecto de unas aletas intercambiadoras, es llevado hacia el habitáculo del vehículo.

Este sistema, representado en la figura 1, no cumple su función calefactora mientras que el motor del vehículo no está caliente, ya que con el motor frío el fluido de refrigeración no calienta los tubos (2) y éstos no disipan calor a la corriente de aire (3).

Para subsanar ese inconveniente se conoce la utilización de medios calefactores complementarios (5) de tipo eléctrico, que se disponen en el recorrido de la corriente de aire impulsado (3), tal y como se representa en la figura 2.

De esta forma, los medios calefactores complementarios (5) calientan el aire (3), cuando los tubos (2) no disipan el calor necesario para la calefacción. Los medios (5) que según las realizaciones conocidas se utilizan en tal sentido, son resistencias de hilo dispuestas en un batidor, o bien resistencias cerámicas (PTC), que son de coste elevado; ocupando estas soluciones mucho espacio en la instalación, ya que es preciso conformar un bastidor (5.1) que se monta junto al bloque de tubos (2), disponiéndose en este bastidor (5.1) las resistencias de hilo, o las resistencias cerámicas (PTC).

Además de esta ocupación de espacio, que en el diseño actual de los automóviles tiene una gran trascendencia, sucede que el montaje de hilos resistivos en el bastidor (5.1) conlleva un alto riesgo de sobrecalentamientos en el caso de parada o de mal funcionamiento del electroventilador (4), lo cual se puede paliar disponiendo termofusibles de seguridad, pero esto tiene el inconveniente de que cuando dichos termofusibles actúan, es obligatorio llevar el vehículo al taller para la reparación, con la necesidad, en muchos casos, de sustituir el conjunto montado en el bastidor (5.1).

En el caso de utilizar resistencias cerámicas (PTC), éstas se autocontrolan evitando el riesgo de temperaturas excesivas, pero se mantiene el inconveniente de una ocupación de espacio, por exigir también un bastidor complementario (5.1), y además tales resistencias tienen un elevado costo.

Existe una solución, como la de la figura 7 que utiliza resistencias eléctricas, tipo blindadas, que pueden disponerse en el interior de los tubos (2) del módulo (1); de manera que se evita la necesidad de un bastidor complementario (5.1) y su consiguiente ocupación de espacio. Ahora bien, esta solución a base de resistencias blindadas tradicionales requiere también la incorporación de un elemento termofusible de seguridad, que normalmente se dispone dentro de la resistencia, el cual en el caso de actuar se funde y exige llevar el vehículo al taller para la sustitución del conjunto resistencia-termofusible.

De acuerdo con la invención se constituye un dispositivo formado por resistencias (ver figura 3) que tienen la particularidad de estar constituidas por un hilo resistivo (6) de níquel-hierro en una proporción de 70% de níquel y 30% de hierro.

Dicho hilo resistivo (6) tiene un coeficiente de resistividad que varía en función de la temperatura, por efecto Joule, cuando circula a través de él una corriente eléctrica, de manera que en función de la variación de la temperatura (T) del mencionado hilo (6), varía proporcionalmente la resistencia eléctrica (R) del mismo, según representa la gráfica de la figura 4.

En virtud de la fórmula W=V^{2}/R, cuando aumenta la resistencia eléctrica (R) del hilo (6), la potencia eléctrica (W) disminuye, si la tensión (V) se mantiene constante, como ocurre en la instalación eléctrica de los vehículos, donde la tensión (V) es la que proporciona la batería. Por consiguiente, la potencia eléctrica (W) del hilo resistivo (6) disminuye en función del aumento de la temperatura (T) en dicho hilo (6), según representa la gráfica de la figura 5.

La gráfica de la figura 6 representa la evolución de la potencia eléctrica (W) del hilo resistivo (6), en relación con el coeficiente de resistividad, observándose como la potencia (W) disminuye a medida que el coeficiente de resistividad aumenta, hasta un punto (7) de estabilización, en convección natural.

Con esas características, cuando en el hilo resistivo (6) se aplica una tensión eléctrica (V), tal como la tensión constante de 12 voltios de corriente continua que proporciona el sistema de generación de energía eléctrica de los automóviles, la temperatura (T) de dicho hilo resistivo (6) va ascendiendo y provoca un incremento del coeficiente de resistividad, de manera que, puesto que la tensión (V) aplicada no varía, se produce una disminución de la potencia eléctrica (W), o lo que es lo mismo, una disminución de la carga específica (W/cm^{2}), en la superficie del hilo (6), alcanzando dicha disminución hasta un 70%. El funcionamiento es el mismo con cualquier otro tipo de tensión eléctrica que se pueda aplicar, como 24V cc., 40V cc., u otras, incluso con corriente alterna, sin que la aplicación sufra variación.

Este fenómeno tiene como efecto que la temperatura (T) del hilo resistivo (6) no se dispare a valores excesivamente altos, ya que dicha temperatura (T) es función principalmente de la carga específica en igualdad de condiciones de refrigeración.

Por lo tanto, si la refrigeración o la ventilación forzada (4) del sistema de aplicación, se interrumpe accidentalmente, el propio hilo resistivo (6) efectúa una autorregulación, disminuyendo la potencia cuando la temperatura tiende a aumentar, lo cual evita que la temperatura se eleve a valores peligrosos por encima del valor máximo de temperatura que aguanta el material plástico que rodea al módulo (1).

Como se representa en la figura 3, el hilo resistivo (6) se incluye rodeado por una aislante eléctrico (8) dentro de una envolvente tubular (9), en forma de una resistencia blindada, la cual se cierra en los extremos con sellados de estanqueidad (10) y pasamuros cerámicos o plásticos (11), a través de los cuales pasan sendas varillas (12) que van conectadas al hilo resistivo (6) y que concluyen exteriormente en terminales (13) para las conexiones de aplicación.

Las resistencias así formadas se pueden incluir en el mismo módulo (1) del sistema calefactor de aplicación, como los tubos (2) de calentamiento mediante el fluido de refrigeración del motor, incluso disponiéndose dentro de los mencionados tubos (2), como en la figura 7, con lo cual el espacio necesario para el montaje de instalación en la aplicación práctica es el mismo que el de los sistemas calefactores convencionales, disponiendo sin embargo de una ayuda de calentamiento eléctrico para cuando el sistema de refrigeración del motor de los vehículos no ha alcanzado aún la temperatura necesaria, para la eficacia del sistema calefactor, realizando el propio medio eléctrico de ayuda una autorregulación que impide que la temperatura alcance valores peligrosos.

Para mayor seguridad contra la posible elevación de la temperatura a valores peligrosos por causas eventuales, en las resistencias blindadas el hilo resistivo (6) puede disponerse asociado con un termofusible (14) de corte en caso de sobretemperatura si la autorregulación no fuera suficiente.

De esta forma, con la solución ahora preconizada se consigue crear un sistema que se autocontrola, como sucedía con las resistencias cerámicas (PTC), pero que, en ventaja respecto de estas últimas, no ocupa un espacio adicional y la solución es mucho más económica, siendo este tipo de hilo resistivo incluso más económico que el utilizado tradicionalmente en las resistencias blindadas.

Con el fin de evitar el inconveniente que supone la incorporación del termofusible (14) de seguridad, debido a la necesidad de sustituir la resistencia afectada cuando dicho termofusible actúa, se prevé una realización en la que como aislante (8) entre el hilo resistivo (6) y la envolvente exterior (9) se emplea una mezcla de óxido de silicio y óxido de magnesio, la cual tiene un comportamiento de buen aislante eléctrico a baja temperatura, pero a medida que la temperatura sube dicha mezcla se hace más conductora.

De este modo, mediante la incorporación de cualquier dispositivo detector de la resistencia de aislamiento entre el hilo resistivo (6) y la envolvente (9), como puede ser un relé diferencial, se puede determinar el corte de la alimentación eléctrica cuando la temperatura de las resistencias alcanza un valor determinado, evitando que se alcance una temperatura excesiva.

En función de las proporciones de óxido de silicio y óxido de magnesio varía la conductividad de la mezcla en función de la temperatura, de modo que según la mezcla que se emplee como aislante (8) se puede establecer el corte eléctrico de seguridad a la temperatura que se desee. Dicha mezcla de óxido de silicio y óxido de magnesio es además muy antihigroscópica, lo cual es también muy ventajoso para las resistencias de aplicación.

Claims (5)

1. Dispositivo de climatización para vehículos y similares, del tipo de los que el calor de la calefacción se obtiene aprovechando la disipación del calor del fluido de refrigeración del motor del vehículo, haciendo pasar este fluido a través de tubos (2) incluidos en un módulo (1) calefactor, caracterizado porque como complemento del módulo calefactor (1) se disponen unas resistencias eléctricas constituidas por un hilo resistivo (6) de una composición de níquel y hierro, cuya resistividad aumenta en función de la temperatura, proporcionando una autorregulación que evita la elevación excesiva de temperatura en dichas resistencias eléctricas.

2. Dispositivo de climatización para vehículos y similares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizadas porque el hilo resistivo (6) de las resistencias eléctricas se incluye rodeado por un aislante eléctrico (8) dentro de una envolvente tubular (9), en forma de resistencia blindada, empleándose como aislante eléctrico (8) una mezcla de óxido de silicio y óxido de magnesio, cuya resistencia de aislamiento varía en función de la temperatura, para determinar el corte de la alimentación eléctrica a un determinado nivel de temperatura, mediante un detector de la resistencia del aislamiento entre el hilo resistivo (6) y la envolvente (9).

3. Dispositivo de climatización para vehículos y similares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el hilo resistivo (6) se compone de un 70% de níquel y un 30% de hierro.

4. Dispositivo de climatización para vehículos y similares, de acuerdo con la primera y segunda reivindicaciones, caracterizados porque las resistencias blindadas formadas con un hilo resistivos (6) de níquel y hierro y con un aislante (8) de óxido de silicio y óxido de magnesio incorporan en el módulo (l) del sistema calefactor, dentro de los tubos (2) de dicho módulo (1).

5. Dispositivo de climatización para vehículos y similares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque en combinación con el hilo resistivo (6) es susceptible de incorporarse un termofusible (14) de seguridad.