BRPI0802382A2

BRPI0802382A2 - sistema de refrigeraÇço

Info

Publication number: BRPI0802382A2
Application number: BRPI0802382-4A
Authority: BR
Inventors: Augusto Jose Pereira Zimmermann; Gustavo Portella Montagner; Joaquim Manoel Goncalves
Original assignee: Whirlpool Sa; Univ Fed De Santa Catarina Ufs
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-03-02
Also published as: JP5341182B2; ATE543060T1; WO2009152593A1; EP2307825A1; KR20110031930A; JP2011524511A; US8671704B2; CN102119307A; EP2307825B1; US20110197606A1; KR101599516B1; CN102119307B; BRPI0802382B1; ES2378216T3; DK2307825T3

Abstract

SISTEMA DE REFRIGERAÇçO. O sistema de refrigeração da presente invenção compreende: um compressor (10) conectado a um condensador (30); um dispositivo de expansão de alta (121) conectado ao condensador (30) e a um meio separador (50) apresentando: uma primeira entrada (51), conectada ao condensador (30) ; uma saída de vapor (53), conectada ao compressor (10); um dispositivo de expansão de baixa (122) conectado a uma saída de líquido (54) do meio separador (50> e a um evaporador (90); uma válvula seletora (100) tendo: uma primeira entrada de vapor (101) conectada com o evaporador (90); uma segunda entrada de vapor (102) , conectada ao meio separador (50) ; e uma saída de vapor (103) conectada ao compressor (10), dita válvula seletora (100) mantendo o fluido refrigerante na sua segunda entrada de vapor (102) e no interior do meio separador (50) a uma primeira pressão de sucção, superior a uma segunda pressão de sucção reinante na primeira entrada de vapor (101) da válvula seletora (100) e no evaporador (90), e sendo operada para comunicar, seletiva e alternadamente, suas primeira e segunda entradas de vapor (101, 102) com sua saída de vapor (103), de modo a permitir que o compressor (10) succione vapor do meio separador (50) e do evaporador (90); e uma unidade de controle (110) operativamente associada à válvula seletora (100), de modo a operar essa última para manter o nível de fluido refrigerante líquido no interior do meio separador (50) dentro de valores predeterminados.

Description

"SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO"

Campo da Invenção

Refere-se a presente invenção a um sistema derefrigeração por compressão mecânica de vapores no qual ocompressor succiona fluido refrigerante através de umcircuito com pelo menos dois estágios de pressão desucção. O sistema de refrigeração em questão pode seraplicado a qualquer tipo de fluido refrigerante como, porexemplo, aqueles contendo carbono em sua constituição.

Histórico da Invenção

Os sistemas de refrigeração por compressão mecânica devapores fazem uso do princípio de resfriamento obtido coma evaporação de um fluido volátil quando submetido àredução da pressão e são empregados na grande maioria das aplicações modernas, desde sua concepção (Gosney; W. B.,1982, Principies of Refrigeration, Cambridge UniversityPress) , mesmo já tendo surgido diversos outros princípiosde refrigeração, tais como: termoelétricô, Stirling,eletro-calórico e outros.

0 desenvolvimento inicial dos sistemas de refrigeraçãovisava a obtenção de fluidos refrigerantes seguros, nãotóxicos e não inflamáveis, e a adequação de suaconfiabilidade e características operacionais para uso emgeral, como é o caso dos sistemas de refrigeraçãoherméticos domésticos inicialmente disponíveis por voltade 1930 (Nagengast; B. A., 1996,' History of sealedrefrigeration systems, ASHRAE Journal 38(1): S37, S38,S42-S46, and S48, January).

Em relação à adoção de um fluido refrigerante seguro e à melhoria da eficiência energética desses sistemasdestaca-se a introdução do dióxido de carbono (C02) comofluido refrigerante.

Nos sistemas convencionais de refrigeração, durante aoperação do compressor, o fluido refrigerante encontra-se, na entrada do evaporador, com uma parcela de vapor,pequeno em massa porém grande em volume, e uma parcela delíquido, por sua vez pequeno em volume e grande em massa.Este vapor presente na entrada do evaporador no processode expansão, quando passa pelo mesmo não realiza trocatérmica, reduzindo eficiência de transferência de calor ecom isso gerando uma certa ineficiência do sistema derefrigeração, pois o compressor consome energia paramovimentar este fluido refrigerante ao longo de todo oevaporador e depois para comprimi-lo, sem que o ditofluido refrigerante, em forma de vapor, realize trocatérmica. O compressor, portanto, consome energia paracomprimir este vapor, da pressão de baixa até a pressãode descarga.

O fluido refrigerante, em forma de vapor, presente naentrada do evaporador, atua como uma fração de vapor aser aspirado e bombeado continuamente, sem produzircapacidade de refrigeração, porém com consumo de energiano compressor. Em algumas soluções conhecidas da técnica,esta perda energética, é minimizada através de um sistemade re frigeração ut i1i zando um separador de vapor nocircuito de refrigeração para realizar a extração dessevapor, de modo a prover, ao circuito, um processo maiseficiente de expansão de fluido refrigerante em estágios.O emprego de múltiplos estágios de compressão,inicialmente denominado de sistema de refrigeração deWindhausen (Windhausen; F. , 1901, 11 Improvements incarbonic anhydride refrigerating machine11 British PatentGB9084 of 1901), melhora consideravelmente a eficiênciaenergética do ciclo de refrigeração, principalmente paraaplicações com grande diferença de temperatura, (maiorque 60 °C) , entre os ambientes quente e frio,especialmente para alguns fluidos refrigerantes como odióxido de carbono e a amônia (Kim; M. H., Pettersen; J.,Bullard; C. W. , 2004, Fundamentais process and systemdesign issues in C02 vapor compression systems, Progressin Energy and Combustion Science, 30(2004) pp.119-174).Ciclos de múltiplos estágios de compressão e amônia, comofluido refrigerante, têm sido amplamente empregados eminstalações de refrigeração industrial (Stoecker; W. F. ,2001, Handbook of Industrial Refrigeration, Business NewsPublishing Co) , conforme esquematicamente apresentado naFigura 1 dos desenhos anexos, o qual exige a presença, nocircuito de refrigeração, de dois compressores 10, 101.Em tais sistemas de refrigeração um primeiro compressor10, apresentando uma entrada 11 e uma saída 12, de fluidorefrigerante na forma de vapor, tem sua saída 12conectada, por um primeiro conduto de vapor 20, a umcondensador 30 (resfriador de gás ou "gas cooler").

0 condensador 3 0 apresenta uma entrada de vapor 31conectada à saída 12 do compressor 10 e uma saída delíquido 32, conectada, através de um dispositivo deexpansão 12 0, particularmente um dispositivo de expansãode alta 121, na forma de uma válvula, por um conduto de condensado 60, a uma primeira entrada 51 de um meioseparador 5 0 (separador de vapor de expansão - ou deflash).

O meio separador 50 apresenta também: uma segunda entrada52, de vapor, conectada, por um conduto 7 0, onde é montado o segundo compressor 10' , a um evaporador 90operativamente associado a um meio a ser resfriado M; umasaída de vapor 53 conectada à entrada 11 do compressor 10através de um segundo conduto de vapor 40; e uma saída delíquido 54 conectada, por um conduto de líquido 80, a umaentrada de um dispositivo de expansão 12 0,particularmente um dispositivo de expansão de baixa 122,na forma de uma válvula, ao evaporador 90.

O evaporador 90 apresenta uma entrada de mistura vapor-líquido 91 conectada, pelo conduto de líquido 80, aodispositivo de expansão de alta 121 e uma saída demistura vapor-líquido 92 conectada, pelo conduto 70, àsegunda entrada 52 do meio separador 50, através dosegundo compressor 10'.

Os dispositivos de expansão de baixa 122 e de alta 121 são dispostos no circuito do sistema de refrigeração, demodo a provocar uma determinada condição de pressão nomeio separador 50, estabelecendo níveis de pressãodiferenciados e previamente definidos para a adequadaoperação do sistema de refrigeração. Tais dispositivos deexpansão 12 0, de baixa 122 ou de alta 121, podem ser naforma de um orifício de restrição fixo, tal como um tubocapilar, ou uma válvula restritora, de fluxo variável ounão, tal como uma válvula de controle eletrônico,comandada por uma unidade de controle, de modo a paravariar o grau de restrição, no fluxo de fluidorefrigerante, no circuito de refrigeração.

Em uma outra solução conhecida de refrigeração utilizandoduplo estágio de pressão, (Voorhees; G., 1905,Improvements relating to systems of fluid compression andto compressors thereof, British Patent GB4448 of 1905; eLavrechenko; G. K. , Zmitrochenko; J. V. , Nesterenko; S.M. e Khmelnuk; G. M., 1997, Characteristics of Voorhessrefrigerating machine with hermetic piston compressorproducing refrigeration at one or two temperature leveis,International Journal of Refrigeration, 20-7 (1997)517-527) o circuito de refrigeração apresenta um compressorde dupla sucção, no qual um orifício suplementar desucção é aberto durante o curso de aspiração docompressor, o que permite que o refrigerante se j aaspirado em dois níveis de pressão de sucção.Nesta construção, o compressor inicia a sucção a partirdo evaporador e, em um determinado estágio do curso deaspiração, o movimento do pistão abre um orifício providono compressor e que permite que vapor, em uma pressãointermediária à de sucção e à de descarga, seja injetadono interior do cilindro, de modo que o início do processode compressão ocorra a uma pressão mais alta do que apressão de evaporação.

Uma outra conhecida solução de refrigeração, utilizandoum ciclo de duplo estágio de pressão (Plank; R., 1912,Arbeitsverfahren an Kompressionskáltemaschinen,insbesondere für Kâltetràger mit tiefer kritischerTemperatur, German Patent DE278095), emprega um estágiode bombeamento próximo à válvula de expansão. A últimaetapa de resfriamento do fluido comprimido reduz bastantea entalpia antes da expansão, aumentando assim acapacidade de refrigeração. Devido â alta densidade dorefrigerante no segundo estágio de compressão(bombeamento), a potência requerida é baixa, quasecomparável a de uma bomba de líquido.

É também conhecido um sistema de duplo estágio(inicialmente proposto em 1931) que emprega um ej etorpara realizar a aspiração do estágio de baixa pressão noevaporador (Disawas; S . , Wongwises; S . , 2004 ,Experimental investigation on the performance of therefrigeration cycle using a two-phase ej ector as anexpansion device, International Journal of Refrigeration,27 (2004)587-594;, e Butrimowicz; D., Karwacki; J., Trela; M. , 2 0 05, Investigation of two-phase ej ector inapplication to compression refrigeration systems, IIR(Int. Inst. of Refrigeration) International Conference,Vicenza-Italy, Pre-prints, pp.695-702).

Os sistemas de refrigeração que apresentam múltiplosestágios de pressão de sucção são especialmenteinteressantes quando trabalham com fluido refrigerantetais como o C02 e amônia. O uso de sistemas de múltiplosestágios de pressão de sucção melhora sensivelmente aeficiência do sistema de refrigeração para estes fluidosrefrigerantes, em virtude de eliminar a entrada de vaporde expansão no evaporador. Neste caso, o vapor deexpansão é separado e succionado pelo compressor a umapressão intermediária.

O fluido refrigerante em estado de vapor, presente no circuito de refrigeração, é também conduzido à sucção docompressor, mas em uma pressão intermediária àquela desucção e de descarga, sendo succionado pelo compressorconjuntamente com o fluido refrigerante em forma de vapore em baixa pressão. Apesar destes conhecidos sistemas de refrigeração demúltiplos estágios de pressão diminuírem as perdasenergéticas relativamente aos sistemas de refrigeraçãoconvencionais, eles exigem uma construção complexa emuitas vezes também de custo elevado, em função danecessidade de compressão diferenciada do vapor em baixapressão e do vapor a uma pressão mais elevada, exigindoou uma duplicação na quantidade de compressores, em corpoúnico ou não, ou a provisão de elementos no circuito derefrigeração que modifiquem a pressão do vapor presenteno circuito e que deverá ser bombeado conjuntamente com ovapor a baixa pressão.

Objetivos da Invenção

É um objetivo da presente invenção prover um sistema derefrigeração de construção simples e de custorelativamente reduzido em relação aos sistemas derefrigeração de múltiplos estágios de pressão, eliminandoa necessidade de múltiplos compressores. Com isso serádiminuída a quantidade de fluido refrigerante na forma devapor de expansão (ou de 11 f lash") que tem a sua pressãoelevada, pelo bombeamento do compressor, do nível dapressão de evaporação na saída do evaporador, para apressão de descarga do compressor, de modo a alcançar umamaior eficiência energética do compressor.

Um outro obj etivo da presente invenção é prover umsistema tal como acima citado e que não necessitemodificar as características do compressor nem doevaporador do sistema de refrigeração.

Um obj etivo adicional da presente invenção é prover umsistema do tipo acima citado e que permita obter umaconsiderável melhoria no rendimento térmico do sistema derefrigeração, e redução de custo, particularmente no casode fluidos refrigerantes como o C02.

Sumário da Invenção

Os acima citados e ainda outros obj etivos da presenteinvenção são alcançados a partir da provisão de umsistema de refrigeração compreendendo: um compressor,tendo uma entrada e uma saída de fluido refrigerante naforma de vapor; um condensador (ou "gas cooler") tendouma entrada de vapor conectada à saída do compressor euma saída de líquido; um dispositivo de expansão de altatendo uma entrada conectada à saída de líquido docondensador e uma saída; um meio separador tendo umaprimeira entrada, conectada à saída de líquido docondensador e uma saída de vapor, conectada à entrada docompressor e uma saída de líquido; um dispositivo deexpansão de baixa tendo uma entrada conectada à saída delíquido do meio separador e uma saída; um evaporadortendo uma entrada de mistura vapor-líquido recebendofluido refrigerante do meio separador através da saída dodispositivo de expansão de baixa e uma saída de misturavapor-líquido; uma válvula seletora tendo: uma primeiraentrada de vapor conectada com a saída de mistura vapor-líquido do evaporador; uma segunda entrada de vaporconectada à saída de vapor do meio separador; e uma saídade vapor conectada à entrada do compressor, dita válvulaseletora mantendo o fluido refrigerante na segundaentrada de vapor da válvula seletora e no interior domeio separador a uma primeira pressão de sucção, superior a uma segunda pressão de sucção reinante na primeiraentrada de vapor da válvula seletora e na saída de vapordo evaporador, e sendo operada para comunicar, seletiva ealternadamente, suas primeira e segunda entradas de vaporcom sua saída de vapor, de modo a permitir que ocompressor succione vapor refrigerante do meio separador,na dita primeira pressão de sucção, e vapor refrigerantedo evaporador, na dita segunda pressão de sucção; e umaunidade de controle operativamente associada à válvulaseletora, de modo a operar essa última para manter onível de fluido refrigerante líquido, no interior do meioseparador, dentro de valores predeterminados.A construção proposta pela presente invenção permite nãosó a separação do vapor no interior do meio separador,fazendo com que apenas fluido refrigerante líquido seja dirigido ao evaporador, como também que o vapor contidono interior do meio separador seja seletivamentesuccionado pelo compressor, em uma respectiva condiçãooperacional da válvula seietora, em uma pressãointermediária, superior àquela reinante na saída doevaporador e inferior a da pressão de descarga docompressor, exigindo um menor consumo de energia pararetornar esta parcela gasosa do fluido refrigerante aolado de alta pressão do circuito de refrigeração.Breve Descrição dos Desenhos

A seguir, a invenção será descrita com base nos desenhosem anexo, dados a título de exemplo de uma concretizaçãoda invenção e nos quais:

A figura 1 representa, esquematicamente, um sistema derefrigeração da técnica anterior, apresentando duploestágio de sucção com dois compressores;

A figura 2 representa, esquematicamente, um sistema derefrigeração, construído de acordo com a presenteinvenção; e

A figura 3 representa, esquematicamente, uma outraconstrução para o sistema de refrigeração da presenteinvenção, mas apresentando controles mais aprimorados.

Descrição das Configurações Ilustradas.

A presente invenção será descrita para um sistema derefrigeração do tipo que opera por compressão mecânica devapor de duplo estágio, dito sistema de refrigeraçãocompreendendo como ilustrado nas figura 2 e 3: um únicocompressor 10, apresentando a entrada 11 e a saída 12, defluido refrigerante na forma de vapor, dita saída 12sendo conectada ao condensador 3 0, tal como j á descritoanteriormente para o sistema de refrigeração ilustrado nafigura 1. Os componentes do sistema de refrigeração esuas ligações ilustrados nas figuras 2 e 3 e que são osmesmos do sistema de refrigeração ilustrado na figura 1apresentam os mesmos números de referências e não serãoaqui descritos novamente.

Nas construções ilustradas nas figuras 2 e 3, a saída de1íquido 32 do condensador 3 0 é conectada, pelo conduto decondensado 60 a uma entrada do dispositivo de expansão dealta 121, o qual apresenta uma saída conectada a primeiraentrada 51 do meio separador 50.

0 meio separador 50, na construção da presente invençãoilustrada nas figuras 2 e 3, não apresenta a segundaentrada 52 que, na técnica anterior, conectava oevaporador 90 ao referido meio separador 50, em função doexposto a seguir.

De acordo com a presente invenção, o sistema derefrigeração compreende também uma válvula seletora 10 0(ou válvula de desvio seqüencial) tendo: uma primeiraentrada de vapor 101 conectada com a saída de misturavapor-líquido 92 do evaporador 90; uma segunda entrada devapor 102 conectada à saída de vapor 53 do meio separador50; e uma saída de vapor 103 conectada à entrada de vapor11 do compressor 10, através do segundo conduto de vapor40, dita válvula seietora 10 0 mantendo o fluidorefrigerante na segunda entrada de vapor 102 da válvulaseletora 10 0 e no interior do meio separador 50 a umaprimeira pressão de sucção, superior a uma segundapressão de sucção reinante na primeira entrada de vapor101 da válvula seletora 100 e na saída de mistura vapor-líquido 92 do evaporador 90, e sendo operada paracomunicar, seletiva e alternadamente, suas primeira esegunda entradas de vapor 101, 102 com sua saída de vapor103, de modo a permitir que o compressor 10 succionevapor refrigerante do meio separador 50, na dita primeirapressão de sucção e vapor refrigerante do evaporador 90,na dita segunda pressão de sucção; e uma unidade decontrole 110 operativãmente associada à válvula seletora100, de modo a operar essa última para reduzir a entradade vapor ao evaporador 90, através da saída de líquido 54do meio separador 50, e a proporcionar que o vaporproveniente do meio separador 50 seja comprimido a umataxa de compressão menor do que se estivesse submetido apressão governante no evaporador 90, através da saída devapor 53 do meio separador 50. Embora não ilustrado, aunidade de controle pode operar a válvula seletora 100, eos dispositivos de expansão 120, através de, por exemplo,meios atuadores.

O conjunto de meio separador 50 e de válvula seletora 10 0(e ainda os condutos interligando estes entre si e comoutras partes do circuito de refrigeração junto aos quaisoperam) definem um emulador de duplo estágio (ditoconj unto estando apresentado em linha tracej ada nasfiguras 2 e 3) .

A operação de válvula seietora 100, alternando a conexãode suas primeira e segunda entrada de vapor à sucção aocompressor 10, é realizada em tempos de comunicação ou decomutação para cada dita conexão, proporcional àcapacidade ou ao tamanho do sistema de refrigeração, demodo que sistemas de refrigeração menores terão umaalternância mais rápida, enquanto que em sistemas derefrigeração maiores, esta alternância é mais lenta.

A válvula seletora 10 0 apresenta também as funções de:reduzir a alimentação de vapor ao evaporador 90, atravésda saída de líquido 54 do meio separador 50; e permitirque o vapor aspirado pelo compressor 10, proveniente doseparador 50, seja comprimido a uma taxa de compressão,ou seja a uma razão entre a pressão governante na entrada11 do compressor 10 e a pressão governante na saída 12 dedito compressor 10, muito menor que aquela quando o vaporé aspirado do evaporador 90, despendendo menor quantidadede energia.

Em sistemas de refrigeração nos quais as condições deoperação não variam muito, a alternância de comunicaçãoentre a sucção do evaporador 90 e a do meio separador 50à entrada 11, de vapor, ao compressor 10, através daválvula seletora 100, pode ser realizada, por comando daunidade de controle 110, de forma predeterminada econstante, por exemplo, em função de intervalos de tempode comunicação (ou de chaveamento) pré-estabelecidos,tornando o controle de fácil implementação e baixo custo.Um exemplo destes sistemas é ilustrado na figura 2.

Nestes casos, a unidade de controle 110 comanda aoperação da válvula seletora 100 a partir de tempos decomunicação fixos entre as primeira e segunda entradas devapor 101, 102, com a saída de vapor 103 da válvulaseletora 100, sendo o tempo de comunicação da primeiraentrada de vapor 101 com a saída de vapor 103 inferior aotempo de comunicação da segunda entrada de vapor 102 coma referida saída de vapor 103 da válvula seletora 100.Para esta operação de chaveamento com tempos de comutaçãofixos, a unidade de controle 110 compreende um meiotemporizador que determina os tempos de comunicação entrecada uma das primeira e segunda entradas de vapor 101,102 da válvula seletora 100 com a saída de vapor 103desta última.

Nesta construção, o tempo de comunicação entre a primeirae a segunda entrada de vapor 101, 102 da válvula seletora 100 com a saída de vapor 103 desta última é constante epreviamente definido a partir das característicaspróprias construtivas do sistema de refrigeração, taiscomo capacidade frigorífica e carga térmica,simplificando o circuito de comando e reduzindo os custos de componentes.

Para os sistemas de refrigeração apresentando condiçõesoperacionais variáveis, a unidade de controle 110considera pelo menos um parâmetro variável presente nosistema de refrigeração e/ou ainda de condições de refrigeração do meio ambiente a ser resfriado ao qualdito sistema de refrigeração está acoplado.Neste caso, a unidade de controle 110 comanda a operaçãoda válvula seletora 100 a partir de tempos de comunicaçãovariáveis e alternados entre as primeira e segundaentradas de vapor 101, 102, com a saída de vapor 103 dedita válvula seletora 100, ditos tempos de comunicaçãosendo definidos a partir de pelo menos uma condiçãooperacional associada a componentes do sistema derefrigeração e/ou ao meio ambiente externo a este último.

Nas construções (figura 3) nas quais o nível de líquido éfator determinante de seleção da conexão da primeira ouda segunda entrada de vapor 101, 102 à saída da vapor 103da válvula seletora 100, o sistema de refrigeração emdescrição compreende um sensor de nível 111operativãmente associado à unidade de controle 110, demodo a informar a esta, constante ou periodicamente, onível de líquido no interior do meio separador 50, ditosensor de nível 111 sendo capaz de detectar valoresmáximos e mínimos predeterminados do nível do fluidorefrigerante líquido no interior do meio separador 50.Deve ser observado que a provisão de um sensor de nível111 não é obrigatória, sendo tal provisão uma opçãoconstrutiva no caso de a operação da válvula seletora 100ocorrer em função de parâmetros variáveis e controladospela unidade de controle 110, tal como na construção dafigura 3.

Nas construções em que os tempos de comunicação sãofixos, a unidade de controle 110 pode comandar a operaçãoda válvula seletora 100 a partir das informaçõesrecebidas de dito sensor de nível 111, o qual opera comomeio de segurança do sistema de refrigeração. A presenteinvenção pode apresentar diferentes níveis desofisticação para a unidade de controle 110, quais sejam:como ilustrado pela figura 2, os tempos de comutaçãopodem ser fixos; ou através do monitoramento do nível delíquido no separador 50 e outros parâmetros do sistema derefrigeração ou ainda ao ambiente a ele associado(pressão, quantidade de vapor e/ou de líquido no meioseparador 50, temperatura no meio a ser resf riado M,temperatura do ambiente onde estão colocados fisicamenteo condensador 3 0 e o compressor 10, temperatura deste,freqüência de operação do motor do compressor etc. )conforme ilustrado na figura 3.

A unidade de controle 110 irá comandar o chaveamentoseletivo da primeira e da segunda entradas de vapor 101,102, da válvula seletora 100, em função de determinadosvalores previamente estabelecidas como referência, paraos parâmetros de controle a serem considerados.Nas situações nas quais a unidade de controle 110 operacom mais de uma variável para a determinação dos temposde comutação das entradas de vapor 101, 102, da válvulaseletora 100 à saída de vapor 103 desta última, há umadeterminação prévia da hierarquia destas variáveis e decondições de predominância destas no controle da operaçãoda válvula seletora 100, de modo que o funcionamento dosistema de refrigeração não fique prejudicado emdeterminadas situações anômalas associadas a uma ou outradas variáveis. Nestes casos, as variáveis não dominantessão consideradas como variáveis de segurança, garantindoa minimização de situações de risco e mal funcionamentodo sistema de refrigeração.

Deve ser entendido que o aqui descrito é exemplificativode uma possível operação da unidade de controle 110 na alternância de conexão entre as entradas de vapor 101,102 à saída de vapor 103 da válvula seletora 10 0, nãosendo esta operação que considera presença ou não demeios sensores e outros meios para determinar a operaçãoda válvula seletora 100, limitativa ao conceito dapresente invenção. No conceito aqui apresentado a unidadede controle 110 atua sobre a válvula seletora 100, demodo a permitir que um único compressor 10 succione vaporalternadamente do meio separador 50 e do evaporador 90. Aunidade de controle 100 permite a alternância seletivadas entradas de vapor 101, 102 à saída de vapor 103 daválvula seletora 100, mantendo as sucções do meioseparador 50 e do evaporador 90 em pressões distintas,podendo fazer esta alternância em tempos de comunicaçãofixos ou variáveis, para acomodar situações de melhorestabilidade das variáveis de controle, além daquelasrelacionadas a uma melhor segurança do sistema derefrigeração em determinadas situações especificasdetectadas por meios sensores.

Tal como já descrito para a figura 1, os dispositivos deexpansão de baixa 122 e de alta 121 no sistema derefrigeração da presente invenção podem ser na forma deum orifício de restrição fixo tal como um tubo capilar,ou uma válvula restritora, de fluxo variável ou não, talcomo uma válvula de controle eletrônico comandada pelaunidade de controle 110, sendo ditos dispositivos deexpansão de baixa 122 e de alta 121 operati vãmenteassociados à unidade de controle 110, de modo a seremcomandados por esta para variar o grau de restrição, nofluxo de fluido refrigerante no circuito de refrigeração,dito grau de restrição sendo definido em função danecessidade de controle das pressões no sistema derefrigeração, determinada pela pressão desejada de sucçãopelo compressor 10, quando a válvula seletora 100comunica o meio separador 50 ao referido compressor 10.Algumas das vantagens da presente invenção são: reduzirconsideravelmente o vapor de flash na entrada doevaporador 90, vapor este que deve ser eliminado ou aomenos minimizado, pois ele é um parasita que deve serretirado do evaporador, antes que entre neste, pois aopassar por dito evaporador 90 ele causa um prejuízo, pornão trocar calor. Com a utilização do meio separador 50,também se minimiza a geração de vapor de flash no segundodispositivo de expansão entre o meio separador 50 e oevaporador 90, deixando de passar pelo evaporador 90.Além disso, vapores de flash no meio separador 50 passama ser comprimidos pelo compressor 10, quando da ligaçãoda segunda entrada de vapor 102 da válvula seletora 100 àsaída de vapor 103 desta, em uma pressão intermediáriasuperior àquela do evaporador 90 e inferior à de descargapelo compressor, exigindo menor trabalho e consumindomenos energia deste último para seu bombeamento de voltaao condensador 30 do sistema de refrigeração, estebombeamento ocorrendo até que a válvula seletora 100 sejainstruída a operar a comunicação fluida entre sua segundaentrada de vapor 102 com sua saída de vapor 103.A presente invenção traz ainda, como benefício, apossibilidade de controle das pressões governantes emdiferentes níveis estabelecidos no sistema: pressão nocondensador 30 (ou "gas-cooler") ; pressão no meioseparador 50; e pressão no evaporador 90. 0 controle dosníveis de pressão e a possibilidade de comprimir o vapordo meio separador 50 com uma taxa de compressão menor,traz economia no consumo de energia para realizar talprocesso, diferenciando-se da técnica anterior porreduzir o número de compressores.

Uma possibilidade construtiva para a referida invenção éa integração da válvula seletora 100 (ou válvula dedesvio seqüencial) ao compressor 10. Essa integração visa a obtenção de consideráveis ganhos de rendimento térmicopara o sistema, devido à redução do volume morto relativoà presença do segundo conduto de vapor 4 0 no circuito.Essa possibilidade de integração também é interessante doponto de vista construtivo, de acionamento, de controle eaté de custo do dispositivo proposto.

Embora o conceito aqui apresentado tenha sido descritoconsiderando-se principalmente a construção de circuito ede evaporador ilustradas, deve ser entendido que estasconstruções particulares não implicam em restrição quantoà aplicabilidade da presente invenção; o que se pretendeproteger é o princípio e não somente uma aplicaçãoespecífica ou forma construtiva particular.

Claims

1.- Sistema de refrigeração compreendendo:- um compressor (10) , tendo uma entrada (11) e uma saída(12) de fluido refrigerante na forma de vapor;- um condensador (30) tendo uma entrada de vapor (31)conectada à saída (12) do compressor (10) e uma saída delíquido (32) ;- um dispositivo de expansão de alta (121) tendo umaentrada conectada à saída de líquido (32) do condensador(30) e uma saída;- um meio separador (50) tendo uma primeira entrada (51),conectada à saída de líquido (32) do condensador (30) euma saída de vapor (53) , conectada à entrada docompressor (10) e uma saída de líquido (54);- um dispositivo de expansão de baixa (122) tendo umaentrada conectada à saída de líquido (54) do meioseparador (50) e uma saída;- um evaporador (90) tendo uma entrada de mistura vapor-líquido (91) recebendo fluido refrigerante do meioseparador(50) através da saída do dispositivo de expansãode baixa (122) e uma saída de mistura vapor- líquido(92),caracterizado pelo fato de compreender: uma válvulaseietora (10 0) tendo: uma primeira entrada de vapor (101)conectada com a saída de mistura vapor- líquido (92) doevaporador (90) ; uma segunda entrada de vapor (102)conectada à saída de vapor (53) do meio separador (50); euma saída de vapor (103) conectada à entrada (11) docompressor (10) , dita válvula seletora (10 0) mantendo ofluido refrigerante na segunda entrada de vapor (102) daválvula seletora (100) e no interior do meio separador(50) a uma primeira pressão de sucção, superior a umasegunda pressão de sucção reinante na primeira entrada devapor (101) da válvula seletora (100) e na saída de vapor(92) do evaporador (90), e sendo operada para comunicar,seletiva e alternadamente, suas primeira e segundaentradas de vapor (101, 102) com sua saída de vapor(103) , de modo a permitir que o compressor (10) succionevapor refrigerante do meio separador (50) , na ditaprimeira pressão de sucção, e vapor refrigerante doevaporador (90), na dita segunda pressão de sucção; e umaunidade de controle (110) operativãmente associada àválvula seletora (100), de modo a operar essa última paramanter o nível de fluido refrigerante líquido no interiordo meio separador (50) dentro de valores predeterminados.

2. - Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato a unidade de controle (110)compreender um meio temporizador que determina tempos decomunicação, entre cada uma das primeira e segundaentradas de vapor (101, 102) da válvula seletora (100)com a saída de vapor (103) desta última, ditos tempos decomunicação sendo projetados para manter o nível defluido refrigerante líquido no interior do meio separador(50) dentro de ditos valores predeterminados.

3. - Sistema, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de a unidade de controle (110)comandar a operação da válvula seletora (100) a partir detempos de comunicação variáveis e alternados entre asprimeira e segunda entradas de vapor com a saída de vaporda válvula seletora (100) , ditos tempos de comunicaçãosendo definidos a partir de pelo menos uma condiçãooperacional associada a componentes do sistema derefrigeração e/ou ao meio ambiente externo a este último.

4. - Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a unidade de controle(110) comandar a operação da válvula seletora (100) apartir de um sensor de nível (111) capaz de detectarvalores máximos e mínimos predeterminados do nível dofluido refrigerante líquido no interior do meio separador(50) .

5. - Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de os dispositivos de expansão dealta (121) e de expansão de baixa (122) seremoperativamente associados à unidade de controle (110), demodo a serem comandados por esta para variar o grau derestrição, no fluxo de fluido refrigerante, e a pressãoreinante no interior do meio separador (50) e doevaporador (90) .