BRPI0802382B1

BRPI0802382B1 - Sistema de refrigeração

Info

Publication number: BRPI0802382B1
Application number: BRPI0802382-4A
Authority: BR
Inventors: Augusto José Pereira Zimmermann; Gustavo Portella Montagner; Joaquim Manoel Gonçalves
Original assignee: Universidade Federal De Santa Catarina - Ufsc; Embraco Indústria De Compressores E Soluções E Refrigeração Ltda
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2020-09-15
Also published as: JP5341182B2; CN102119307A; US8671704B2; WO2009152593A1; BRPI0802382A2; ES2378216T3; ATE543060T1; KR20110031930A; US20110197606A1; DK2307825T3; JP2011524511A; EP2307825B1; EP2307825A1; KR101599516B1; CN102119307B

Abstract

SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO 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 (...).

Description

Campo da Invenção

Refere-se a presente invenção a um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapores no qual o compressor succiona fluido refrigerante através de um circuito com pelo menos dois estágios de pressão de sucção. O sistema de refrigeração em questão pode ser aplicado a qualquer tipo de fluido refrigerante como, por exemplo, aqueles contendo carbono em sua constituição.

Histórico da Invenção

Os sistemas de refrigeração por compressão mecânica de vapores fazem uso do princípio de resfriamento obtido com a evaporação de um fluido volátil quando submetido à redução da pressão e são empregados na grande maioria das aplicações modernas, desde sua concepção (Gosney; W. B. , 1982, Principles of Refrigeration, Cambridge University Press), mesmo já tendo surgido diversos outros princípios de refrigeração, tais como: termoelétrico, Stirling, eletro-calórico e outros.

0 desenvolvimento inicial dos sistemas de refrigeração visava a obtenção de fluidos refrigerantes seguros, não tóxicos e não inflamáveis, e a adequação de sua confiabilidade e características operacionais para uso em geral, como é o caso dos sistemas de refrigeração herméticos domésticos inicialmente disponíveis por volta de 1930 (Nagengast; B. A., 1996, History of sealed refrigeration 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 sistemas destaca-se a introdução do dióxido de carbono (C02) como fluido refrigerante.

Nos sistemas convencionais de refrigeração, durante a operação 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 de líquido, por sua vez pequeno em volume e grande em massa.

Este vapor presente na entrada do evaporador no processo de expansão, quando passa pelo mesmo não realiza troca térmica, reduzindo eficiência de transferência de calor e com isso gerando uma certa ineficiência do sistema de refrigeração, pois o compressor consome energia para movimentar este fluido refrigerante ao longo de todo o evaporador e depois para comprimi-lo, sem que o dito fluido refrigerante, em forma de vapor, realize troca térmica. O compressor, portanto, consome energia para comprimir este vapor, da pressão de baixa até a pressão de descarga.

0 fluido refrigerante, em forma de vapor, presente na entrada do evaporador, atua como uma fração de vapor a ser aspirado e bombeado continuamente, sem produzir capacidade de refrigeração, porém com consumo de energia no compressor. Em algumas soluções conhecidas da técnica, esta perda energética é minimizada através de um sistema de refrigeração utilizando um separador de vapor no circuito de refrigeração para realizar a extração desse vapor, de modo a prover, ao circuito, um processo mais eficiente de expansão de fluido refrigerante em estágios. 0 emprego de múltiplos estágios de compressão, inicialmente denominado de sistema de refrigeração de Windhausen (Windhausen; F., 1901, "Improvements in carbonic anhydride refrigerating machine" British Patent GB9084 of 1901), melhora consideravelmente a eficiência energética do ciclo de refrigeração, principalmente para aplicações com grande diferença de temperatura, (maior que 60 °C), entre os ambientes quente e frio, especialmente para alguns fluidos refrigerantes como o dióxido de carbono e a amónia (Kim; M. H., Pettersen; J., Bullard; C. W., 2004, Fundamentals process and system design issues in CO2 vapor compression systems, Progress in Energy and Combustion Science, 30(2004) pp.119-174).

Ciclos de múltiplos estágios de compressão e amónia, como fluido refrigerante, têm sido amplamente empregados em instalações de refrigeração industrial (Stoecker; W. F., 2001, Handbook of Industrial Refrigeration, Business News Publishing Co) , conforme esquematicamente apresentado na Figura 1 dos desenhos anexos, o qual exige a presença, no circuito de refrigeração, de dois compressores 10, 10'.

Em tais sistemas de refrigeração um primeiro compressor 10, apresentando uma entrada 11 e uma saída 12, de fluido refrigerante na forma de vapor, tem sua saída 12 conectada, por um primeiro conduto de vapor 2 0, a um condensador 30 (resfriador de gás ou "gas cooler11}.

0 condensador 30 apresenta uma entrada de vapor 31 conectada ã saída 12 do compressor 10 e uma saída de líquido 32, conectada, através de um dispositivo de expansão 120, particularmente um dispositivo de expansão de alta 121, na forma de uma válvula, por um conduto de 15 condensado 60, a uma primeira entrada 51 de um meio separador 50 (separador de vapor de expansão - ou de flash).

0 meio separador 50 apresenta também: uma segunda entrada 51', de vapor, conectada, por um conduto 70, onde é 20 montado o segundo compressor 10’, a um evaporador 90 operativamente associado a um meio a ser resfriado NI; uma saída de vapor 52 conectada à entrada 11 do compressor 10 através de um segundo conduto de vapor 40; e uma saída de líquido S3 conectada, por um conduto de líquido B0, a uma 25 entrada de um dispositivo de expansão 120, 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, ao 3 0 dispositivo de expansão de baixa 122 e uma saída de mistura vapor-líquido 92 conectada, pelo conduto 70, à segunda entrada 51’ do meio separador 50, através do segundo compressor 10 ’ .

Os dispositivos de expansão de baixa 122 e de alta 121 35 são dispostos no circuito do sistema de refrigeração, de modo a provocar uma determinada condição de pressão no meio separador 50, estabelecendo níveis de pressão diferenciados e previamente definidos para a adequada operação do sistema de refrigeração. Tais dispositivos de expansão 120, de baixa 122 ou de alta 121, podem ser na forma de um orifício de restrição fixo, tal como um tubo capilar, ou uma válvula restritora, de fluxo variável ou não, tal como uma válvula de controle eletrônico, comandada por uma unidade de controle, de modo a para variar o grau de restrição, no fluxo de fluido refrigerante, no circuito de refrigeração.

Em uma outra solução conhecida de refrigeração utilizando duplo estágio de pressão, (Voorhees; G., 1905, Improvements relating to systems of fluid compression and to compressors thereof, British Patent GB4448 of 1905; e Lavrechenko; G. K. , Zmitrochenko; J. V., Nesterenko; S. M. e Khmelnuk; G. M., 1997, Characteristics of Voorhess refrigerating machine with hermetic piston compressor producing refrigeration at one or two temperature levels, International Journal of Refrigeration, 20-7(1997)517- 527) o circuito de refrigeração apresenta um compressor de dupla sucção, no qual um orifício suplementar de sucção é aberto durante o curso de aspiração do compressor, o que permite que o refrigerante seja aspirado em dois níveis de pressão de sucção.

Nesta construção, o compressor inicia a sucção a partir do evaporador e, em um determinado estágio do curso de aspiração, o movimento do pistão abre um orifício provido no compressor e que permite que vapor, em uma pressão intermediária à de sucção e à de descarga, seja injetado no interior do cilindro, de modo que o início do processo de compressão ocorra a uma pressão mais alta do que a pressão de evaporação.

Uma outra conhecida solução de refrigeração, utilizando um ciclo de duplo estágio de pressão (Plank; R. , 1912, Arbeitsverfahren an Kompressionskãltemaschinen, insbesondere für Kãltetrãger mit tiefer kritischer Temperatur, German Patent DE278095), emprega um estágio de bombeamento próximo à válvula de expansão. A última etapa de resfriamento do fluido comprimido reduz bastante a entalpia antes da expansão, aumentando assim a capacidade de refrigeração. Devido à alta densidade do refrigerante no segundo estágio de compressão (bombeamento), a potência requerida é baixa, quase comparável a de uma bomba de líquido.

É também conhecido um sistema de duplo estágio (inicialmente proposto em 1931) que emprega um ejetor para realizar a aspiração do estágio de baixa pressão no evaporador (Disawas; S. , Wongwises; S. , 2004, Experimental investigation on the performance of the refrigeration cycle using a two-phase ejector as an expansion device, International Journal of Refrigeration, 27(2004)587-594;, e Butrimowicz; D. , Karwacki; J., Treia; M., 2005, Investigation of two-phase ejector in application to compression refrigeration systems, HR (Int. Inst, of Refrigeration) International Conference, Vicenza-Italy, Pre-prints, pp.695-702).

Os sistemas de refrigeração que apresentam múltiplos estágios de pressão de sucção são especialmente interessantes quando trabalham com fluido refrigerante tais como o C02 e amónia. 0 uso de sistemas de múltiplos estágios de pressão de sucção melhora sensivelmente a eficiência do sistema de refrigeração para estes fluidos refrigerantes, em virtude de eliminar a entrada de vapor de expansão no evaporador. Neste caso, o vapor de expansão é separado e succionado pelo compressor a uma pressão intermediária.

0 fluido refrigerante em estado de vapor, presente no circuito de refrigeração, é também conduzido à sucção do compressor, mas em uma pressão intermediária àquela de sucção e de descarga, sendo succionado pelo compressor conjuntamente com o fluido refrigerante em forma de vapor e em baixa pressão.

Apesar destes conhecidos sistemas de refrigeração de múltiplos estágios de pressão diminuírem as perdas energéticas relativamente aos sistemas de refrigeração convencionais, eles exigem uma construção complexa e muitas vezes também de custo elevado, em função da necessidade de compressão diferenciada do vapor em baixa pressão e do vapor a uma pressão mais elevada, exigindo ou uma duplicação na quantidade de compressores, em corpo único ou não, ou a provisão de elementos no circuito de refrigeração que modifiquem a pressão do vapor presente no circuito e que deverá ser bombeado conjuntamente com o vapor a baixa pressão.

Objetivos da Invenção

É um objetivo da presente invenção prover um sistema de refrigeração de construção simples e de custo relativamente reduzido em relação aos sistemas de refrigeração de múltiplos estágios de pressão, eliminando a necessidade de múltiplos compressores. Com isso será diminuída a quantidade de fluido refrigerante na forma de vapor de expansão (ou de "flash”) que tem a sua pressão elevada, pelo bombeamento do compressor, do nível da pressão de evaporação na saída do evaporador, para a pressão de descarga do compressor, de modo a alcançar uma maior eficiência energética do compressor.

Um outro objetivo da presente invenção é prover um sistema tal como acima citado e que não necessite modificar as características do compressor nem do evaporador do sistema de refrigeração.

Um objetivo adicional da presente invenção é prover um sistema do tipo acima citado e que permita obter uma considerável melhoria no rendimento térmico do sistema de refrigeração, e redução de custo, particularmente no caso de fluidos refrigerantes como o CO2.

Sumário da Invenção

Os acima citados e ainda outros objetivos da presente invenção são alcançados a partir da provisão de um sistema de refrigeração compreendendo: um compressor, tendo uma entrada e uma saída de fluido refrigerante na forma de vapor; um condensador (ou "gas cooler”) tendo uma entrada de vapor conectada à saída do compressor e uma saída de líquido; um dispositivo de expansão de alta tendo uma entrada conectada à saída de líquido do condensador e uma saída; um meio separador tendo uma primeira entrada f conectada à saída de líquido do condensador e uma saída de vapor, conectada à entrada do compressor e uma saída de líquido; um dispositivo de expansão de baixa tendo uma entrada conectada à saída de líquido do meio separador e uma saída; um evaporador tendo uma entrada de mistura vapor-líquido recebendo fluido refrigerante do meio separador através da saída do dispositivo de expansão de baixa e uma saída de mistura vapor-líquido; uma válvula seletora tendo: uma primeira entrada de vapor conectada com a saída de mistura vapor- 1íquido do evaporador; uma segunda entrada de vapor conectada à saída de vapor do meio separador; e uma saída de vapor conectada à entrada do compressor, dita válvula seletora mantendo o fluido refrigerante na segunda entrada de vapor da válvula seletora e no interior do meio separador a uma primeira pressão de sucção, superior a uma segunda pressão de sucção reinante na primeira entrada de vapor da válvula seletora e na saída de vapor do evaporador, e sendo operada para comunicar, seletiva e alternadamente, suas primeira e segunda entradas de vapor com sua saída de vapor, de modo a permitir que o compressor succione vapor refrigerante do meio separador, na dita primeira pressão de sucção, e vapor refrigerante do evaporador, na dita segunda pressão de sucção; e uma unidade de controle operativamente associada à válvula seletora, de modo a operar essa última para manter o nível de fluido refrigerante líquido, no interior do meio separador, dentro de valores predeterminados.

A construção proposta pela presente invenção permite não só 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 contido no interior do meio separador seja seletivamente succionado pelo compressor, em uma respectiva condição operacional da válvula seletora, em uma pressão intermediária, superior àquela reinante na saída do evaporador e inferior a da pressão de descarga do compressor, exigindo um menor consumo de energia para retornar esta parcela gasosa do fluido refrigerante ao lado de alta pressão do circuito de refrigeração.

Breve Descrição dos Desenhos

A seguir, a invenção será descrita com base nos desenhos em anexo, dados a título de exemplo de uma concretização da invenção e nos quais: A figura 1 representa, esquematicamente, um sistema de refrigeração da técnica anterior, apresentando duplo estágio de sucção com dois compressores; A figura 2 representa, esquematicamente, um sistema de refrigeração, construído de acordo com a presente invenção; e A figura 3 representa, esquematicamente, uma outra construção para o sistema de refrigeração da presente invenção, mas apresentando controles mais aprimorados. Descrição das Configurações Ilustradas. A presente invenção será descrita para um sistema de refrigeração do tipo que opera por compressão mecânica de vapor de duplo estágio, dito sistema de refrigeração compreendendo como ilustrado nas figura 2 e 3: um único compressor 10, apresentando a entrada 11 e a saída 12, de fluido refrigerante na forma de vapor, dita saída 12 sendo conectada ao condensador 30, tal como já descrito anteriormente para o sistema de refrigeração ilustrado na figura 1. Os componentes do sistema de refrigeração e suas ligações ilustrados nas figuras 2 e 3 e que são os mesmos do sistema de refrigeração ilustrado na figura 1 apresentam os mesmos números de referências e não serão aqui descritos novamente.

Nas construções ilustradas nas figuras 2 e 3, a saída de líquido 32 do condensador 30 é conectada, pelo conduto de condensado 60 a uma entrada do dispositivo de expansão de alta 121, o qual apresenta uma saída conectada à primeira entrada 51 do meio separador 50.

0 meio separador 50, na construção da presente invenção ilustrada nas figuras 2 e 3, não apresenta a segunda entrada 51' que, na técnica anterior, conectava o 5 evaporador 90 ao referido meio separador 50, em função do exposto a seguir,

De acordo com a presente invenção, o sistema de refrigeração compreende também uma válvula seletora 100 (ou válvula de desvio seqüencial) tendo; uma primeira 10 entrada de vapor 101 conectada com a saída de mistura vapor-líquido 92 do evaporador 90; uma segunda entrada de vapor 102 conectada à saída de vapor 52 do meio separador 50; e uma saída de vapor 103 conectada à entrada de vapor 11 do compressor 10, através do segundo conduto de vapor 15 40, dita válvula seletora 100 mantendo o fluido refrigerante na segunda entrada de vapor 102 da válvula seletora 100 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 20 101 da válvula seletora 100 e na saída de mistura vapor- líquido 92 do 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 25 vapor refrigerante do meio separador 50, na dita primeira pressão de sucção e vapor refrigerante do evaporador 90, na dita segunda pressão de sucção; e uma unidade de controle 110 operativamente associada à válvula seletora 100, de modo a operar essa última para reduzir a entrada 30 de vapor ao evaporador 90, através da saída de líquido 53 do meio separador 50, e a proporcionar que o vapor proveniente do meio separador 50 seja comprimido a uma taxa de compressão menor do que se estivesse submetido a pressão governante no evaporador 90, através da saída de 35 vapor 52 do meio separador 50. Embora não ilustrado, a unidade de controle pode operar a válvula seletora 100, e os dispositivos de expansão 120, através de, por exemplo, méios atuadores.

O conjunto de meio separador 50 e de válvula seletora 100 (e ainda os condutos interligando estes entre si e com outras partes do circuito de refrigeração junto aos quais 5 operam) definem um emulador de duplo estágio (dito conjunto estando apresentado em linha tracejada nas f iguras 2 e 3) .

A operação de válvula seletora 100, alternando a conexão de suas primeira e segunda entrada de vapor ã sucção ao 10 compressor 10, é realizada em tempos de comunicação ou de comutação para cada dita conexão, proporcional à capacidade ou ao tamanho do sistema de refrigeração, de modo que sistemas de refrigeração menores terão uma alternância mais rápida, enquanto que em sistemas de 15 refrigeração maiores, esta alternância é mais lenta.

A válvula seletora 100 apresenta também as funções de; reduzir a alimentação de vapor ao evaporador 90, através da saída de líquido 53 do meio separador 50; e permitir que o vapor aspirado pelo compressor 10, proveniente do 20 separador 50, seja comprimido a uma taxa de compressão, ou seja a uma razão entre a pressão governante na entrada 11 do compressor 10 e a pressão governante na saída 12 de dito compressor 10, muito menor que aquela quando o vapor é aspirado do evaporador 90, despendendo menor quantidade 25 de energia.

Em sistemas de refrigeração nos quais as condições de operação não variam muito, a alternância de comunicação entre a sucção do evaporador 90 e a do meio separador 50 à entrada 11, de vapor, ao compressor 10, através da 30 válvula seletora 100, pode ser realizada, por comando da unidade de controle 110, de forma predeterminada e constante, por exemplo, em função de intervalos de tempo de comunicação (ou de chaveamento) pré-estabelecidos, tornando o controle de fácil implementação e baixo custo. 35 Um exemplo destes sistemas é ilustrado na figura 2.

Nestes casos, a unidade de controle 110 comanda a operação da válvula seletora 100 a partir de tempos de comunicação fixos entre as primeira e segunda entradas de vapor 101, 102, com a saída de vapor 103 da válvula seletora 100, sendo o tempo de comunicação da primeira entrada de vapor 101 com a saída de vapor 103 inferior ao tempo de comunicação da segunda entrada de vapor 102 com a referida saída de vapor 103 da válvula seletora 100.

Para esta operação de chaveamento com tempos de comutação fixos, a unidade de controle 110 compreende um meio temporizador que determina os tempos de comunicação entre cada uma das primeira e segunda entradas de vapor 101, 102 da válvula seletora 100 com a saída de vapor 103 desta última.

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

Para os sistemas de refrigeração apresentando condições operacionais variáveis, a unidade de controle 110 considera pelo menos um parâmetro variável presente no sistema de refrigeração e/ou ainda de condições de refrigeração do meio ambiente a ser resfriado ao qual dito sistema de refrigeração está acoplado.

Neste caso, a unidade de controle 110 comanda a operação da válvula seletora 100 a partir de tempos de comunicação variáveis e alternados entre as primeira e segunda entradas de vapor 101, 102, com a saída de vapor 103 de dita válvula seletora 100, ditos tempos de comunicação sendo definidos a partir de pelo menos uma condição operacional associada a componentes do sistema de refrigeração e/ou ao meio ambiente externo a este último. Nas construções (figura 3) nas quais o nível de líquido é fator determinante de seleção da conexão da primeira ou da segunda entrada de vapor 101, 102 à saída da vapor 103 da valvula seletora 100, o sistema de refrigeração em descrição compreende urn sensor de nível 111 operativamente associado à unidade de controle 110, de modo a informar a esta, constante ou periodicamente, o nível de líquido no interior do meio separador 50, dito sensor de nível 111 sendo capaz de detectar valores máximos e mínimos predeterminados do nível do fluido refrigerante líquido no interior do meio separador 50. Deve ser observado que a provisão de um sensor de nível 111 não é obrigatória, sendo tal provisão uma opção construtiva no caso de a operação da válvula seletora 100 ocorrer em função de parâmetros variáveis e controlados pela unidade de controle 110, tal como na construção da figura 3.

Nas construções em que os tempos de comunicação são fixos, a unidade de controle 110 pode comandar a operação da válvula seletora 100 a partir das informações recebidas de dito sensor de nível 111, o qual opera como meio de segurança do sistema de refrigeração. A presente invenção pode apresentar diferentes níveis de sofisticação para a unidade de controle 110, quais sejam: como ilustrado pela figura 2, os tempos de comutação podem ser fixos; ou através do monitoramento do nível de líquido no separador 50 e outros parâmetros do sistema de refrigeração ou ainda ao ambiente a ele associado (pressão, quantidade de vapor e/ou de líquido no meio separador 50, temperatura no meio a ser resfriado M, temperatura do ambiente onde estão colocados fisicamente o condensador 30 e o compressor 10, temperatura deste, frequência de operação do motor do compressor etc.) conforme ilustrado na figura 3.

A unidade de controle 110 irá comandar o chaveamento seletivo da primeira e da segunda entradas de vapor 101, 102, da válvula seletora 100, em função de determinados valores previamente estabelecidas como referência, para os parâmetros de controle a serem considerados.

Nas situações nas quais a unidade de controle 110 opera com mais de uma variável para a determinação dos tempos de comutação das entradas de vapor 101, 102, da valvula seletora 100 à saida de vapor 103 desta última, há uma determinação prévia da hierarquia destas variáveis e de condições de predominância destas no controle da operação da válvula seletora 100, de modo que o funcionamento do sistema de refrigeração não fique prejudicado em determinadas situações anômalas associadas a uma ou outra das variáveis. Nestes casos, as variáveis não dominantes são consideradas como variáveis de segurança, garantindo a minimização de situações de risco e mal funcionamento do sistema de refrigeração.

Deve ser entendido que o aqui descrito é exemplificative de 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 100, não sendo esta operação que considera presença ou não de meios sensores e outros meios para determinar a operação da válvula seletora 100, limitativa ao conceito da presente invenção. No conceito aqui apresentado a unidade de controle 110 atua sobre a válvula seletora 100, de modo a permitir que um.único compressor 10 succione vapor alternadamente do meio separador 50 e do evaporador 90. A unidade de controle 100 permite a alternância seletiva das entradas de vapor 101, 102 à saída de vapor 103 da válvula seletora 100, mantendo as sucções do meio separador 50 e do evaporador 90 em pressões distintas, podendo fazer esta alternância em tempos de comunicação fixos ou variáveis, para acomodar situações de melhor estabilidade das variáveis de controle, além daquelas relacionadas a uma melhor segurança do sistema de refrigeração em determinadas situações especificas detectadas por meios sensores.

Tal como já descrito para a figura 1, os dispositivos de expansão de baixa 122 e de alta 121 no sistema de refrigeração da presente invenção podem ser na forma de um orifício de restrição fixo tal como um tubo capilar, ou uma válvula restritora, de fluxo variável ou não, tal como uma válvula de controle eletrônico comandada pela unidade de controle 110, sendo ditos dispositivos de expansão de baixa 122 e de alta 121 operativamente associados à unidade de controle 110, de modo a serem comandados por esta para variar o grau de restrição, no fluxo de fluido refrigerante no circuito de refrigeração, dito grau de restrição sendo definido em função da necessidade de controle das pressões no sistema de refrigeração, determinada pela pressão desejada de sucção pelo compressor 10, quando a válvula seletora 100 comunica o meio separador 50 ao referido compressor 10.

Algumas das vantagens da presente invenção são: reduzir consideravelmente o vapor de flash na entrada do evaporador 90, vapor este que deve ser eliminado ou ao menos minimizado, pois ele é um parasita que deve ser retirado do evaporador, antes que entre neste, pois ao passar por dito evaporador 90 ele causa um prejuízo, por não trocar calor. Com a utilização do meio separador 50, também se minimiza a geração de vapor de flash no segundo dispositivo de expansão entre o meio separador 50 e o evaporador 90, deixando de passar pelo evaporador 90. Além disso, vapores de flash no meio separador 50 passam a ser comprimidos pelo compressor 10, quando da ligação da segunda entrada de vapor 102 da válvula seletora 100 à saída de vapor 103 desta, em uma pressão intermediaria superior àquela do evaporador 90 e inferior à de descarga pelo compressor, exigindo menor trabalho e consumindo menos energia deste último para seu bombeamento de volta ao condensador 30 do sistema de refrigeração, este bombeamento ocorrendo até que a válvula seletora 100 seja instruída a operar a comunicação fluida entre sua segunda entrada de vapor 102 com sua saída de vapor 103.

A presente invenção traz ainda, como benefício, a possibilidade de controle das pressões governantes em diferentes níveis estabelecidos no sistema: pressão no condensador 30 (ou "gas-cooler"); pressão no meio separador 50; e pressão no evaporador 90. O controle dos níveis de pressão e a possibilidade de comprimir o vapor do meio separador 50 com uma taxa de compressão menor, traz economia no consumo de energia para realizar tal processo, diferenciando-se da técnica anterior por reduzir o número de compressores.

Uma possibilidade construtiva para a referida invenção é a integração da válvula seletora 100 (ou válvula de desvio seqüencial) ao compressor 10. Essa integração visa a obtenção de consideráveis ganhos de rendimento térmico para o sistema, devido à redução do volume morto relativo à presença do segundo conduto de vapor 40 no circuito. Essa possibilidade de integração também é interessante do ponto de vista construtivo, de acionamento, de controle e até de custo do dispositivo proposto.

Embora o conceito aqui apresentado tenha sido descrito considerando-se principalmente a construção de circuito e de evaporador ilustradas, deve ser entendido que estas construções particulares não implicam em restrição quanto à aplicabilidade da presente invenção; o que se pretende proteger é o princípio e não somente uma aplicação específica ou forma construtiva particular.

Claims

1- Sistema de refrigeração compreendendo: - um compressor (10), tendo uma entrada (11) e uma saida (12) de fluido refrigerante na forma de vapor; - um condensador (30) tendo uma entrada de vapor (31) conectada à saida (12) do compressor (10) e uma saida de liquido (32); - um dispositivo de expansão de alta (121) tendo uma entrada conectada à saida de liquido (32) do condensador (30) e uma saida; um meio separador (50) tendo uma primeira entrada (51), conectada à saida de liquido (32) do condensador (30) e uma saida de vapor (52) , conectada à entrada do compressor (10) e uma saida de liquido (53); - um dispositivo de expansão de baixa (122) tendo uma entrada conectada à saida de liquido (53) do meio separador (50) e uma saida; - um evaporador (90) tendo uma entrada de mistura vapor liquido (91) recebendo fluido refrigerante do meio separador(50) através da saida do dispositivo de expansão de baixa (122) e uma saida de mistura vapor- liquido(92), caracterizado pelo fato de compreender: uma válvula seletora (100) tendo: uma primeira entrada de vapor (101) conectada com a saida de mistura vapor- líquido (92) do evaporador (90); uma segunda entrada de vapor (102) conectada à saída de vapor (52) do meio separador (50); e uma saída de vapor (103) conectada à entrada (11) do compressor (10), dita válvula seletora (100) mantendo o fluido refrigerante na segunda entrada de vapor (102) da válvula seletora (100) e no interior do meio separador (50) e 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 na saída de vapor (92) do 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 refrigerante do meio separador (50), na dita primeira pressão de sucção, e vapor refrigerante do evaporador (90), na dita segunda pressão de sucção; e uma unidade de controle (110) operativamente associada à válvula seletora (100), de modo a operar essa última para manter o nivel de fluido refrigerante liquido no interior do 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 de comunicação, entre cada uma das primeira e segunda entradas de vapor (101, 102) da válvula seletora (100) com a saida de vapor (103) desta última, ditos tempos de comunicação sendo projetados para manter o nivel de fluido refrigerante liquido 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 de tempos de comunicação "variáveis e alternados entre as primeira e segunda entradas de vapor com a saida de vapor da válvula seletora (100), ditos tempos de comunicação sendo definidos a partir de pelo menos uma condição operacional associada a componentes do sistema de refrigeração 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) a partir de um sensor de nivel (111) capaz de detectar valores máximos e minimos predeterminados do nivel do fluido refrigerante liquido no interior do meio separador (50).

5- Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os dispositivos de expansão de alta (121) e de expansão de baixa (122) serem operativamente associados à unidade de controle de modo a serem comandados por esta para variar de restrição, reinante evaporador no fluxo de refrigerante, no interior do meio separador (90).