BRPI0803117A2

BRPI0803117A2 - biphasic ejection cooling system

Info

Publication number: BRPI0803117A2
Authority: BR
Inventors: Vasconcelos Francisco Alberony Moreira De Jr
Original assignee: Vasconcelos Francisco Alberony Moreira De Jr
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-06-08

Abstract

Sistema de Refrigeração por Ejeção Bifásica, que funciona por ejeção de vapor obtida pelo bombeamento do próprio fluido refrigerante líquido através de ejetores tipo Venturi, ocasionando a diminuição de pressão que é utilizada para evaporar o refrigerante contido no evaporador. Ao passar pelos ejetores, o aumento da velocidade do fluxo de refrigerante líquido produz uma diminuição de pressão devido ao efeito Bernoulli. Os ejetores são conectados ao evaporador e a baixa pressão obtida provoca a evaporação de parcela do líquido refrigerante que é aspergida no interior do evaporador. A vaporização é obtida tanto pela ação da diminuição da pressão ocorrida nos ejetores, quanto pelo calor retirado do ambiente refrigerado em contato com as paredes externas do evaporador à medida que o refrigerante líquido evapora, proporcionando o desejado efeito de refrigeração. O refrigerante ejetado do evaporador é arrastado pela mesma corrente do fluxo de refrigerante líquido e é levado ao reservatório de refrigerante, onde condensa por ação do pequeno aumento de pressão decorrente do bombeamento. Por não utilizar compressor, este sistema não produz calor residual significativo, dispensando o uso de condensador.Biphasic Ejection Cooling System, which works by steam ejection obtained by pumping the liquid refrigerant itself through venturi type ejectors, causing the pressure decrease that is used to evaporate the refrigerant contained in the evaporator. As the ejectors pass, increasing the speed of liquid refrigerant flow produces a decrease in pressure due to the Bernoulli effect. The ejectors are connected to the evaporator and the low pressure obtained causes evaporation of a portion of the refrigerant that is sprayed inside the evaporator. Vaporization is obtained by the action of the pressure drop in the ejectors and by the heat removed from the refrigerated environment in contact with the external walls of the evaporator as the liquid refrigerant evaporates, providing the desired cooling effect. The ejected refrigerant from the evaporator is drawn by the same current as the liquid refrigerant stream and is carried to the refrigerant reservoir, where it condenses due to the small pressure increase due to pumping. Because it does not use a compressor, this system does not produce significant residual heat, thus eliminating the use of a condenser.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVODESCRIPTIVE REPORT

SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO POR EJEÇÃOBIFASICA. A presente patente refere-se ao Sistema de Refrigeração porEjeção Bifásica. Este sistema funciona por ejeção de vapor obtida pelobombeamento do próprio fluido refrigerante líquido através de ejetores tipoVenturi, proporcionando a diminuição de pressão utilizada para evaporar orefrigerante contido no evaporador, provocando efeito de refrigeração. Pornão utilizar compressor em seu ciclo, este sistema não produz calor residualsignificativo, dispensando, conseqüentemente, o uso de condensador. Taiscaracterísticas permitem maior economia de energia e a instalação dosistema inteiramente dentro do próprio ambiente refrigerado, dotando-o deportabilidade.BASE PHASE REFRIGERATION SYSTEM. The present patent relates to the Biphasic Ejection Cooling System. This system works by steam ejection obtained by pumping the liquid refrigerant itself through Venturi type ejectors, providing the pressure reduction used to evaporate the refrigerant contained in the evaporator, causing cooling effect. Since it uses a compressor in its cycle, this system does not produce significant residual heat, thus eliminating the use of condenser. These features allow for greater energy savings and the installation of the system entirely within the refrigerated environment itself, endowing it with portability.

Os sistemas de refrigeração atuais produzem grande quantidadede calor durante a produção de vapor do fluido refrigerante, calor este quetem que ser dissipado para que o vapor retorne à fase líquida. E inerente aesses sistemas de refrigeração a produção de calor e sua posteriordissipação, para que haja alternância entre as fases líquida e vapor dorefrigerante empregado em seus ciclos.Current refrigeration systems produce a large amount of heat during the production of refrigerant vapor, which heat must be dissipated in order for the vapor to return to the liquid phase. It is inherent in these refrigeration systems the heat production and its post-dissipation, so that there is alternation between the liquid and the cooling phases employed in their cycles.

Nos sistemas de refrigeração por compressão de vapor a maiorparte da energia utilizada é gasta na compressão do vapor do refrigeranteque sai do evaporador, o que produz elevada quantidade de calor. Umaoutra grande parcela da energia é utilizada para dissipar o calor decorrenteda compressão, de modo a liqüefazer o vapor do refrigerante comprimidoantes de esse retornar ao evaporador, na fase líquida. Significa dizer que amaior parte da energia utilizada nesse sistema é desperdiçada nacompressão e na condensação do vapor do refrigerante.Nos sistemas de refrigeração por absorção, o calor tem que seraduzido a uma solução para separar dessa solução o refrigerante, em formade vapor. Em seguida esse calor aduzido tem que ser retirado do vapor dorefrigerante, de modo que este retorne à fase líquida antes de adentrar noevaporador, para depois ser novamente absorvido. Tomando como exemploum sistema de absorção que utilize solução água-amônia, o calor aduzidoevapora a amônia contida nessa solução, separando-a da água.Posteriormente, há que se retirar o calor contido no vapor de amônia paraliquefazê-la, antes de a amônia ser levada ao evaporador. A água, aoabsorver a amônia que sai do evaporador na fase de vapor, igualmenteproduz calor, o qual tem que ser também retirado da solução água-amôniaentão produzida.In steam compression refrigeration systems most of the energy used is spent on refrigerant vapor compression leaving the evaporator, which produces a high amount of heat. Another large portion of the energy is used to dissipate heat from compression so as to make the vapor of the refrigerant compressed before it returns to the evaporator in the liquid phase. This means that most of the energy used in this system is wasted on the refrigerant vapor compression and condensation. In absorption refrigeration systems, heat must be added to a solution to separate the vapor-forming refrigerant from that solution. Thereafter, this added heat must be removed from the cooling vapor so that it returns to the liquid phase before entering the evaporator, and then is absorbed again. Taking as an example an absorption system using a water-ammonia solution, the heat added evaporates the ammonia contained in this solution, separating it from the water. Afterwards, the heat contained in the ammonia vapor must be removed before the ammonia is removed. taken to the evaporator. Water, by absorbing the ammonia leaving the evaporator in the vapor phase, also produces heat, which must also be removed from the water-ammonia solution then produced.

O Sistema de Refrigeração por Ejeção Bifásica, objeto dapresente patente, não produz quantidade de calor significativa. Seufuncionamento é feito através do bombeamento do próprio refrigerantelíquido através de um conjunto de ejetores tipo Venturi em paralelo. Aopassar pelos ejetores, o aumento da velocidade do fluxo de refrigerantelíquido produz uma diminuição de pressão devido ao efeito Bernoulli. Osejetores são conectados ao evaporador e a diminuição da pressão obtida nosejetores provoca a evaporação de parcela do líquido refrigerante que éaspergida no interior do evaporador. Essa vaporização é obtida tanto pelaação da diminuição da pressão ocorrida nos ejetores, quanto pelo calorretirado do ambiente refrigerado em contato com as paredes externas doevaporador à medida que o refrigerante líquido evapora, proporcionando odesejado efeito de refrigeração. O refrigerante ejetado do evaporador, nafase vapor, é arrastado pela mesma corrente do fluxo de refrigerante líquidoque o ejetou e é levado a um reservatório de refrigerante, onde volta à faselíquida por ação do pequeno aumento de pressão decorrente dobombeamento do refrigerante para este reservatório. Além disso, a ínfimaquantidade de calor produzida por esse pequeno aumento de pressão éretirada pelo próprio ambiente refrigerado, fazendo com que o vapor dorefrigerante condense e se misture com o refrigerante líquido existente noreservatório de refrigerante, voltando a circular no sistema.The Biphasic Ejection Cooling System, object of the present patent, does not produce significant amount of heat. Its operation is done by pumping the liquid refrigerant itself through a set of parallel Venturi type ejectors. Passing through the ejectors, increasing the velocity of liquid refrigerant flow produces a decrease in pressure due to the Bernoulli effect. The nozzles are connected to the evaporator and the decrease in pressure obtained from the injectors causes the evaporation of a portion of the refrigerant that is sprayed inside the evaporator. This vaporization is obtained both by reducing the pressure in the ejectors and by chilling the refrigerated environment in contact with the external walls of the evaporator as the liquid refrigerant evaporates, providing the desired cooling effect. The evaporator ejected refrigerant, in the vapor phase, is carried by the same current of the liquid refrigerant flow that ejected it and is taken to a refrigerant reservoir, where it returns to the liquid phase due to the small pressure increase due to the refrigerant pumping to this reservoir. In addition, the tiny amount of heat produced by this small increase in pressure is removed by the refrigerated environment itself, causing the coolant to condense and mix with the existing refrigerant in the refrigerant reservoir and circulate again in the system.

O Sistema de Refrigeração por Ejeção Bifásica tem vantagenscomo o fato de permitir economizar energia, uma vez que esta não éThe Biphasic Ejection Cooling System has advantages as it saves energy as it is not

0 dissipada em forma de calor. Por não possuir compressor nem produzircalor significativo, não há necessidade de condensador e o sistema pode serinstalado dentro do próprio ambiente refrigerado, uma vez que não háelementos externos dissipadores de calor. Esta característica permite aconstrução de sistemas de refrigeração portáteis, sem qualquer conexãocom o ambiente externo. Adicionalmente, traz como vantagem uma menorquantidade de peças, já que o sistema não tem compressor nemcondensador, o que além de simplificar a construção do equipamento,diminui seus custos de produção. Da mesma forma, por não necessitar deelementos externos de dissipação de calor, a instalação do sistema torna-se0 mais simples e econômica.0 dissipated as heat. Because it does not have a compressor or produce significant heat, there is no need for a condenser and the system can be installed within its own refrigerated environment as there are no external heat dissipating elements. This feature allows the construction of portable cooling systems without any connection to the external environment. Additionally, it has the advantage of a smaller quantity of parts, since the system has no compressor or condenser, which besides simplifying the construction of the equipment, reduces its production costs. Likewise, as it does not require external heat dissipation elements, the installation of the system becomes simpler and more economical.

O Sistema de Refrigeração por Ejeção Bifásica objeto dapresente patente funciona de acordo com o esquematizado na Fig. 1,apresentado de forma simplificada para facilitar a compreensão.The Biphasic Ejection Cooling System object of the present patent works according to the scheme in Fig. 1, presented in simplified form for easy understanding.

O fluido refrigerante na fase líquida (1) contido no reservatóriode refrigerante (2) é bombeado pela bomba principal (3) e flui através doejetor (4) tipo Venturi. O aumento da velocidade do fluido no ejetor (4)ocasiona uma diminuição de pressão pelo efeito Bernoulli. A tubulação deejeção (5) conecta o ejetor (4) ao evaporador (6) permitindo querefrigerante que está no interior do evaporador (6) seja evaporado e sugadopelo ejetor (4), devido à diminuição da pressão ocorrida. O refrigerantecontido no evaporador (6) é aspergido pelo aspersor (7), após serconduzido pela tubulação de aspersão (8), de modo a otimizar a evaporaçãodo mesmo, através do aumento da área de contato do líquido pelaatomização de gotículas do refrigerante, as quais entram em contato com asparedes aletadas do evaporador (6), retirando assim calor do ambienterefrigerado, enquanto o refrigerante líquido evapora. Após ser evaporado esugado pelo ejetor (4), o refrigerante vapor entra no fluxo do refrigerantelíquido e retorna, através da tubulação de retorno (9) para a bomba deretorno (10), a qual leva a mistura líquido/vapor para o reservatório derefrigerante (2). Pelo efeito do pequeno aumento de pressão combinadocom o resfriamento da mistura líquido/vapor em contato com as paredes doreservatório de refrigerante (2) com o próprio ambiente refrigerado, o vaporretorna à fase líquida (1), reiniciando o ciclo do sistema. O ambienterefrigerado pode ser líquido, atmosférico ou gasoso e seu mecanismo decirculação pode ser do tipo circulação forçada ou por convecção, similaraos diversos modelos já existentes e de acordo com o projeto e o empregodo sistema de refrigeração em suas variadas aplicações. O mecanismo decirculação não está representado nas figuras.The liquid phase refrigerant (1) contained in the refrigerant reservoir (2) is pumped by the main pump (3) and flows through the venturi type selector (4). The increase of the fluid velocity in the ejector (4) causes a pressure decrease by the Bernoulli effect. The ejection piping (5) connects the ejector (4) to the evaporator (6) allowing the refrigerant inside the evaporator (6) to be evaporated and sucked by the ejector (4) due to the decrease in pressure that has occurred. The refrigerant contained in the evaporator (6) is sprayed by the sprinkler (7), after being conducted by the sprinkler tubing (8), in order to optimize its evaporation by increasing the contact area of the liquid by the atomization of the coolant droplets. They come into contact with the finned evaporator walls (6), thus removing heat from the refrigerated environment while the liquid refrigerant evaporates. After being evaporated by the ejector (4), the vapor refrigerant enters the liquid refrigerant flow and returns through the return pipe (9) to the return pump (10), which takes the liquid / vapor mixture to the cooling reservoir ( 2). Due to the small pressure increase combined with the cooling of the liquid / vapor mixture in contact with the refrigerant storage walls (2) with the refrigerated environment itself, the vapor returns to the liquid phase (1), restarting the system cycle. The refrigerated environment can be liquid, atmospheric or gaseous and its circulating mechanism can be of the forced or convection circulation type, similar to the several existing models and according to the design and the use of the cooling system in its varied applications. The decirculation mechanism is not shown in the figures.

A Fig. 2 apresenta o Sistema de Refrigeração por Ejeção Bifásicaobjeto da presente patente de forma completa, com o conjunto de múltiplosejetores (4') tipo Venturi, tubulações de ejeção (5') e de aspersores (7'),sendo o evaporador (6') constituído de uma série de tubos em contato comaletas condutoras de calor, além dos outros elementos já descritos acima (1a 10).Fig. 2 presents the Biphasic Ejection Cooling System object of the present patent completely, with the set of Venturi-type multi-injectors (4 '), ejection pipes (5') and sprinklers (7 '), being the evaporator ( 6 ') consisting of a series of tubes in contact with heat conductive couplings, in addition to the other elements already described above (1a 10).

A Fig. 3 apresenta em detalhe o ejetor (4) tipo Venturi e atubulação de ejeção (5), ampliados.Fig. 3 shows in detail the enlarged Venturi ejector (4) and ejection atubulation (5).

O Sistema de Refrigeração por Ejeção Bifásica pode serfabricado com os mais diversos tipos de materiais, dimensões ecapacidades, bem como pode ser empregado em qualquer tipo derefrigeração industrial, comercial ou residencial, utilizado emcondicionamento de ar, refrigeração, freezers, frigoríficos etc, sem quesaia do âmbito de proteção da presente patente.The Biphasic Ejection Cooling System can be manufactured with a wide range of materials, sizes and capacities, and can be used in any type of industrial, commercial or residential refrigeration, used in air conditioning, refrigeration, freezers, refrigerators etc. scope of protection of this patent.

Claims

1. Biphasic Ejection Cooling System, characterized in that it employs the pumping of liquid refrigerant in Venturip type ejectors to reduce the evaporator pressure and evaporate the evaporated liquid refrigerant, causing the cooling effect;

2. Biphasic Ejection Cooling System according to claim 1, characterized in that the evaporated liquid refrigerant evaporates through the pressure drop caused by the liquid refrigerant pumping through Venturi type ejectors, causing cooling effect by the removal of heat from the refrigerated environment in contact with the evaporator;

Biphasic Ejection Cooling System according to Claims 1 and 2, characterized in that the liquid refrigerant itself is pumped through venturi-type ejectors connected to the evaporator by the evaporator piping of the evaporator;

Biphasic Ejection Cooling System according to Claims 1, 2 and 3, characterized in that the vapor vapor from the evaporator is charged through the liquid refrigerant stream pumped through the Venturi ejectors by reducing the depression obtained by the Bernoulli effect;

Biphasic Ejection Cooling System according to Claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that evaporated refrigerant evaporated in the evaporator by reducing the pressure obtained with the cooling of liquid refrigerant in venturi ejectors, carrying evaporated refrigerant in the current of liquid refrigerant, carrying the refrigerant vapor to the refrigerant reservoir where the small increase in pressure due to the refrigerant pumping itself and the reduction in temperature obtained by contact with the refrigerant service walls with the refrigerated environment condenses the vapor portion of the refrigerant;

Biphasic Ejection Cooling System according to Claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the evaporated refrigerant condensates through the small increase in pressure due to the liquid refrigerant pumping together with the vapor-cooled refrigerant added to the withdrawal effect. heat by contact with the walls of the refrigerant reservoir and of these with the refrigerated environment.