BRPI0904162A2 - cooling system for reciprocating and reciprocating compressors - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE RESFRIAMENTO PARA COMPRESSORES ALTERNATIVOS E COMPRESSOR ALTERNATIVO. A presente invenção refere-se a um sistema de resfriamento para compressores alternativos e, mais especificamente, a um sistema de resfriamento que compreende um bico atomizador (1) que fornece um fluido lubrificante atomizado no interior do cilindro (2) do compressor (10), um trocador de calor (6) destinado a arrefecer o fluido lubrificante que será atomizado no bico (1), um separador de fluido (5) para separar uma mistura de fluido refrigerante e fluido lubrificante e encarniinhar o fluido lubrificante de volta do sistema , e um elemento de bloqueio (7) disposto entre o bico atomizador (1) e o trocador de calor (6) para impedir o acúmulo de fluido lubrificante no cilindro. A presente invenção também contempla um compressor alternativo possuindo o sistema de resfriamento descrito.COOLING SYSTEM FOR ALTERNATIVE COMPRESSORS AND ALTERNATIVE COMPRESSOR. The present invention relates to a cooling system for reciprocating compressors and, more specifically, to a cooling system comprising an atomizing nozzle (1) that provides an atomized lubricating fluid inside the cylinder (2) of the compressor (10) , a heat exchanger (6) to cool the lubricating fluid to be atomized in the nozzle (1), a fluid separator (5) to separate a mixture of coolant and lubricating fluid and to incinerate the lubricating fluid back from the system, and a locking element (7) disposed between the atomizing nozzle (1) and the heat exchanger (6) to prevent the accumulation of lubricating fluid in the cylinder. The present invention also contemplates an alternative compressor having the described cooling system.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE RESFRIAMENTOPARA COMPRESSORES ALTERNATIVOS E COMPRESSOR ALTERNATIVO".Report of the Invention Patent for "COOLING SYSTEM FOR ALTERNATIVE COMPRESSORS AND ALTERNATIVE COMPRESSOR".
Campo da InvençãoField of the Invention
A presente invenção refere-se a um sistema de resfriamento para compressores e,mais especificamente, a um sistema de resfriamento para compressores alternativos. Apresente invenção também se refere a um compressor alternativo possuindo um sistema deresfriamento.The present invention relates to a compressor cooling system and more specifically to a reciprocating compressor cooling system. The present invention also relates to an reciprocating compressor having a cooling system.
Fundamentos da InvençãoBackground of the Invention
Um compressor tem como função elevar a pressão de determinado volume defluido a uma pressão necessária à realização de um determinado trabalho. Para a indústriade refrigeração, os compressores mais utilizados são os compressores do tipo alternativo.Esses compressores têm a função de succionar um fluido refrigerante a baixa pressão ecomprimi-lo em direção ao condensador a alta pressão e alta temperatura.A compressor has the function of raising the pressure of a given fluid volume to a pressure necessary to perform a certain work. For the refrigeration industry, the most commonly used compressors are reciprocating type compressors. These compressors have the function of sucking a low pressure refrigerant and compressing it towards the high pressure and high temperature condenser.
Compressores alternativos são aqueles em que um determinado mecanismo deacionamento fornece um movimento allternado para um pistão no interior de um cilindro (talmecanismo pode compreender, por exemplo, um sistema biela-manivela). Assim, o pistãomove-se alternadamente no interior de um cilindro, e válvulas de sucção e descarga sãodispostas para permitir a sucção e a compressão do fluido refrigerante.Alternative compressors are those in which a particular drive mechanism provides an alternate movement for a piston within a cylinder (such a mechanism may comprise, for example, a crank rod system). Thus, the piston moves alternately within a cylinder, and suction and discharge valves are arranged to allow suction and compression of the refrigerant.
O resfriamento do compressor tem impacto significativo no desempenhotermodinâmico do mesmo. Uma grande parcela da ineficiência de um compressor estáassociada ao superaquecimento do fluido refrigerante que ocorre ao longo do caminho desucção (compreendido entre o passador de sucção e o cilindro de compressão). Outraparcela, não menos importante, da ineficiência do compressor está associada aoaquecimento do fluido refrigerante duranile sua compressão.Compressor cooling has a significant impact on compressor performance. Much of a compressor's inefficiency is associated with the overheating of the refrigerant that occurs along the suction path (between the suction dowel and the compression cylinder). Another, not least, part of compressor inefficiency is associated with the cooling of the refrigerant during its compression.
O aquecimento do refrigerante no caminho de sucção é ocasionado devido àstrocas de calor com os componentes do compressor que estão a temperaturas maiselevadas do que o fluido refrigerante. Já o aquecimento do fluido refrigerante no processode compressão ocorre principalmente devido à realização de trabalho pelo pistão e,também, pela transferência de calor através das paredes do cilindro e do pistão nosinstantes iniciais de compressão.Refrigerant heating in the suction path is caused by heat exchanges with compressor components that are at higher temperatures than the refrigerant. Heating of the refrigerant in the compression process is mainly due to the work done by the piston and also by heat transfer through the cylinder and piston walls in the initial moments of compression.
O superaquecimento no caminho de sucção reduz a eficiência volumétrica docompressor, uma vez que aumenta o volume específico do fluido refrigerante admitido nacâmara de compressão. Além disto, a temperatura maior no início do processo decompressão implica também em um trabalho específico de compressão maior, reduzindo aeficiência energética do compressor.Overheating in the suction path reduces the volumetric efficiency of the compressor as it increases the specific volume of refrigerant admitted to the compression chamber. In addition, the higher temperature at the beginning of the decompression process also implies a higher specific compression work, reducing the energy efficiency of the compressor.
Além das ineficiências causadas pelo aquecimento do refrigerante durante acompressão, o refrigerante aquecido durante sua compressão é a uma grande fonte decalor do compressor, sendo o principal responsável pelo aquecimento dos demaiscomponentes do compressor, os quais irão, por conseqüência, aquecer o refrigerante aolongo do caminho de sucção.In addition to the inefficiencies caused by refrigerant heating during compression, the refrigerant heated during compression is a major source of compressor heat and is primarily responsible for heating the other compressor components, which will, as a result, heat the refrigerant along the way. suction
Face ao exposto, fica claro que o resfriamento do refrigerante durante o seuprocesso de compressão teria um impacto positivo sobre a eficiência de compressão e, porconseqüência, permitiria a diminuição das perdas devido ao superaquecimento dorefrigerante durante a sucção.In view of the above, it is clear that cooling the refrigerant during its compression process would have a positive impact on compression efficiency and, consequently, would allow losses to be reduced due to refrigerant overheating during suction.
Objetivos da InvençãoObjectives of the Invention
Em vista do acima exposto, é uim dos objetivos da presente invenção proporcionarum sistema de resfriamento para compressores alternativos, que seja capaz de retirar calordo fluido refrigerante do compressor ao longo do processo de compressão, diminuindo asua temperatura e o seu volume específico.In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a reciprocating compressor cooling system which is capable of withdrawing the refrigerant fluid from the compressor throughout the compression process, decreasing its temperature and its specific volume.
É outro objetivo da presente invenção proporcionar um sistema de resfriamentopara compressores alternativos, que permite uma diminuição dos níveis de temperatura docompressor durante a sua operação.It is another object of the present invention to provide a cooling system for reciprocating compressors, which allows a decrease in the temperature levels of the compressor during its operation.
É ainda outro objetivo da presente invenção proporcionar um sistema deresfriamento para compressores que melhore a eficiência volumétrica e a eficiênciaenergética do compressor.It is yet another object of the present invention to provide a compressor cooling system that improves the volumetric efficiency and energy efficiency of the compressor.
Sumário da InvençãoSummary of the Invention
A presente invenção atinge esses e outros objetivos através de um sistema deresfriamento para um compressor do tipo alternativo que compreende uma carcaça e umacâmara de compressão no interior da carcaça, o sistema compreendendo:The present invention achieves these and other objects by a cooling system for an alternative type compressor comprising a housing and a compression chamber within the housing, the system comprising:
um bico atomizador que fornece um fluido lubrificante atomizado no interior docilindro do compressor;an atomizing nozzle providing an atomized lubricating fluid within the compressor cylinder;
um trocador de calor destinado a arrefecer o fluido lubrificante que será atomizadono bico,a heat exchanger for cooling the lubricating fluid to be atomised in the nozzle,
um separador de fluido para separar uma mistura de fluido refrigerante e fluidolubrificante e encaminhar o fluido lubrificante de volta do sistema, ea fluid separator for separating a mixture of refrigerant and lubricating fluid and routing the lubricating fluid back from the system, and
um elemento de bloqueio para impedir o acúmulo de fluido lubrificante no cilindro.a locking element to prevent the accumulation of lubricating fluid in the cylinder.
O elemento de bloqueio pode estar disposto, por exemplo, entre o bico atomizadore o trocador de calor, ou mesmo integrado ao bico atomizador.The locking element may be arranged, for example, between the atomising nozzle and the heat exchanger, or even integrated with the atomizing nozzle.
Na concretização preferencial da presente invenção, o elemento de bloqueio é umaválvula de bloqueio que permanece aberta durante o funcionamento do compressor e éfechada após o desligamento do mesmo. Entretanto, o elemento de bloqueio podecompreender outros tipos de dispositivos, como, por exemplo um elemento de bloqueioelétrico ou um elemento de bloqueio eletrônico.In the preferred embodiment of the present invention, the locking element is a locking valve that remains open during compressor operation and is closed after shutdown. However, the locking element may comprise other types of devices, such as an electric locking element or an electronic locking element.
Além disso, o elemento de bloqueio pode ser disposto no interior da carcaça docompressor, bem próximo ao cilindro do compressor.In addition, the locking element may be disposed within the compressor housing, very close to the compressor cylinder.
Na concretização preferencial da presente invenção, o separador de fluido recebe amistura de fluido refrigerante e fluido lubrificante descarregada da câmara de compressão edireciona o fluido lubrificante de volta para o trocador de calor.In the preferred embodiment of the present invention, the fluid separator receives a mixture of refrigerant and lubricant fluid discharged from the compression chamber and directs the lubricant fluid back to the heat exchanger.
No entanto, em uma concretização da presente invenção, o separador de fluidolubrificante e o trocador de calor podem estar em posição invertida, onde o separador defluido recebe a mistura de fluido refrigerante e fluido lubrificante a partir do trocador de calor.However, in one embodiment of the present invention, the fluid lubricant separator and heat exchanger may be in an inverted position, where the fluid separator receives the mixture of refrigerant and lubricant from the heat exchanger.
Além disso, em ainda outra concretização da presente invenção, o separador defluido lubrificante e o trocador de calor podem compreender um componente único, sendoque tal componente pode ser disposto mo interior ou exterior da carcaça do compressor.Moreover, in yet another embodiment of the present invention, the lubricant fluid separator and heat exchanger may comprise a single component, such component being disposed within or outside the compressor casing.
Em uma concretização da presente invenção, o separador de fluido lubrificante e otrocador de calor são dispostos no exterior da carcaça.In one embodiment of the present invention, the lubricant fluid separator and heat exchanger are disposed outside the housing.
Já em outras concretizações, o separador de fluido lubrificante e o trocador decalor podem ser dispostos no interior da carcaça, tornando o conjunto mais compacto.In other embodiments, the lubricating fluid separator and heat exchanger may be arranged within the housing, making the assembly more compact.
O bico injetor pode ser disposto de modo que sua extremidade de dispensatangencie a parede lateral do bloco do cilindro do compressor, ou de modo que aextremidade de dispensa do bico injetor seja disposta na placa de válvulas do compressor.The nozzle may be arranged so that its dispensing end extends the side wall of the compressor cylinder block, or so that the dispensing nozzle end is disposed on the compressor valve plate.
Descrição Resumida dos DesenhosBrief Description of the Drawings
As figuras mostram:The figures show:
Figura 1 - A figura 1 ilustra uma primeira concretização do sistema de refrigeraçãoda presente invenção;Figure 1 - Figure 1 illustrates a first embodiment of the cooling system of the present invention;
Figura 2 - A figura 2 ilustra uma segunda concretização do sistema de refrigeraçãoda presente invenção;Figure 2 - Figure 2 illustrates a second embodiment of the cooling system of the present invention;
Figura 3 - A figura 3 ilustra uma terceira concretização do sistema de refrigeraçãoda presente invenção;Figure 3 - Figure 3 illustrates a third embodiment of the cooling system of the present invention;
Figura 4 - A figura 4 ilustra urna quarta concretização do sistema de refrigeraçãoda presente invenção;Figure 4 - Figure 4 illustrates a fourth embodiment of the cooling system of the present invention;
Figura 5 - A figura 5 ilustra uma quinta concretização do sistema de refrigeração dapresente invenção; eFigure 5 - Figure 5 illustrates a fifth embodiment of the cooling system of the present invention; and
Figura 6 - A figura 6 ilustra uma sexta concretização do sistema de refrigeração dapresente invenção.Figure 6 - Figure 6 illustrates a sixth embodiment of the cooling system of the present invention.
Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention
A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base nosexemplos de execução representados nos desenhos. As figuras mostram seisconcretizações alternativas do sistema de refrigeração da presente invenção.The present invention will hereinafter be described in more detail based on the exemplary embodiments shown in the drawings. The figures show six alternative embodiments of the cooling system of the present invention.
Nas concretizações ilustradas ruas figuras, o sistema de refrigeração é aplicado aum compressor alternativo 10 do tipo que compreende uma carcaça 11 e uma câmara decompressão 2 disposta no interior da carcaça. Os componentes principais do compressor 10são aqueles de um compressor alternativo convencional conhecido pelos versados natécnica, pelo que o funcionamento e construção específica desses componentes serãodescritos apenas na medida em que I a descrição é necessária para a compreensão dosistema de resfriamento da presente invenção. Embora os desenhos mostrem umcompressor em que o mecanismo de acionamento do pistão é do tipo biela-manivela,qualquer pessoa versada da técnica entenderá que outro dispositivo que forneça omovimento alternado do pistão pode também sem empregado dentro do conceito inventivoda presente invenção.In the embodiments illustrated in the following figures, the cooling system is applied to an reciprocating compressor 10 of the type comprising a carcass 11 and a decompression chamber 2 disposed within the carcass. The main components of the compressor 10 are those of a conventional reciprocating compressor known to the skilled person, whereby the operation and specific construction of these components will be described only insofar as the description is necessary for understanding the cooling system of the present invention. While the drawings show a compressor wherein the piston drive mechanism is a crank rod type, one skilled in the art will understand that another device providing alternate piston movement may also be employed without the inventive concept of the present invention.
O sistema de resfriamento da presente invenção prevê a atomização de fluidolubrificante no interior do cilindro, sendo que esse fluido deve ser atomizado na menortemperatura possível.The cooling system of the present invention provides for atomization of lubricating fluid within the cylinder, which fluid should be atomized at the lowest possible temperature.
Assim, o sistema da presente invenção compreende basicamente um bicoatomizador 1 que fornece um fluido lubrificante atomizado no interior do cilindro docompressor, um trocador de calor 6 destinado a arrefecer o fluido lubrificante que seráatomizado no bico 1, um separador de fluido lubrificante 5 que recebe a mistura do fluidorefrigerante e do fluido de lubrificação descarregada do compressor e direciona o fluidolubrificante separado de volta para o trocador de calor, e um elemento de bloqueio 7 quetem a função de impedir o acúmulo de fluido lubrificante no cilindro quando o compressorestiver desligado.Thus, the system of the present invention basically comprises an atomizer nozzle 1 which supplies an atomized lubricating fluid within the compressor cylinder, a heat exchanger 6 for cooling the lubricating fluid to be atomized on the nozzle 1, a lubricating fluid separator 5 which receives the mixing of the coolant and lubricating fluid discharged from the compressor and directs the separated lubricant fluid back to the heat exchanger, and a locking element 7 which functions to prevent the accumulation of lubricant fluid in the cylinder when the compressor is turned off.
Na concretização preferencial da presente invenção, o elemento de bloqueio 7 éuma válvula de bloqueio, entretanto, qualquer outro tipo de elemento de bloqueio adequadopoderia ser igualmente utilizado como, por exemplo, um elemento de bloqueio deacionamento mecânico ou eletromecânico, um sistema de bloqueio de acionamento elétrico,um sistema de bloqueio de acionamento eletrônico ou um elemento de bloqueio deacionamento magnético.In the preferred embodiment of the present invention, the locking element 7 is a locking valve, however any other type of suitable locking element could also be used as, for example, a mechanical or electromechanically actuated locking element, a actuating locking system. an electrically operated locking system or a magnetic-acting locking element.
Nesse sentido, um elemento de bloqueio com acionamento elétrico ou eletrônicopode ser projetado de modo a utilizar as informações provenientes do motor elétrico docompressor, como, por exemplo, a corrente de acionamento. De modo similar, emcompressores que aplicam eletrônica embarcada - como no caso de compressores develocidade variável -, a eletrônica necessária para controlar o elemento de bloqueio podeser integrada com a eletrônica do compressor.In this sense, an electrically or electrically operated locking element may be designed to use information from the electric motor of the compressor, such as the drive current. Similarly, in compressors that apply embedded electronics - as in the case of variable speed compressors - the electronics required to control the locking element can be integrated with compressor electronics.
O elemento de bloqueio do sistema da presente invenção pode ser disposto, porexemplo, entre o bico atomizador 1 e o trocador de calor 6, ou pode ser integrado ao bicoinjetor 1. Nesse último caso, o próprio bico atomizador, com um elemento de bloqueiointegrado, poderia bloquear o fluxo quando necessário.The locking element of the system of the present invention may be arranged, for example, between the atomizing nozzle 1 and the heat exchanger 6, or may be integrated with the nozzle 1. In the latter case, the atomizing nozzle itself, with an integrated locking element, could block flow when needed.
Além disso, embora nas figuras 1 a 6, o elemento de bloqueio seja ilustrado comouma peça externa à carcaça 11 do compressor, tal elemento poderia estar no interior dessacarcaça. Essa possibilidade particularmente vantajosa ao permitir que o elemento debloqueio seja disposto bem próximo ao cilindro do compressor, reduzindo o volume de óleoentre o cilindro e o elemento de bloqueio. Como, ao desligar o compressor, o óleo contidonesse volume acaba indo ao cilindro, essa redução de volume tem um impacto bastantepositivo.In addition, although in figures 1 to 6, the locking element is illustrated as a part external to the compressor casing 11, such element could be inside the housing. This possibility is particularly advantageous in allowing the locking element to be arranged very close to the compressor cylinder, reducing the volume of oil between the cylinder and the locking element. Since turning off the compressor, the oil contained in this volume ends up in the cylinder, this volume reduction has a very positive impact.
O sistema da presente invenção permite uma diminuição do aquecimento global docompressor e o alcance de uma diminuição de temperatura do refrigerante durante todo ociclo de compressão.The system of the present invention allows a decrease in the compressor's global warming and the attainment of a refrigerant temperature decrease throughout the compression cycle.
Assim, na primeira concretização da presente invenção, o bico atomizador 1,conectado a uma linha de alimentação de fluido lubrificante 8, é posicionado no interior dacarcaça 11, com seu orifício (ou sua extremidade de dispensa) tangenciando a paredeinterna lateral do cilindro, de modo que o fluido lubrificante seja atomizado no interior docilindro no período do ciclo de compressão em que o pistão não esteja encobrindo o orifício.Thus, in the first embodiment of the present invention, the atomizer nozzle 1, connected to a lubricating fluid feed line 8, is positioned within the housing 11, with its orifice (or its dispensing end) tangent to the cylinder's inner wall of so that the lubricating fluid is atomized inside the cylinder during the compression cycle period when the piston is not covering the hole.
Como o conjunto de gotículas de fluido lubrificante atomizado apresenta umagrande área superficial, o potencial de troca de calor com o fluido refrigerante durante acompressão é significativo, reduzindo o aumento da temperatura do vapor de refrigerantedurante sua compressão.As the atomized lubricating fluid droplet assembly has a large surface area, the potential for heat exchange with the refrigerant during compression is significant, reducing the increase in refrigerant vapor temperature during compression.
Para garantir que o fluido !lubrificante seja atomizado na menor temperaturapossível, o bico atomizador 1 é conectado ao trocador de calor 6 que, na concretizaçãoilustrada na figura 1, é disposto externamente à carcaça 11.To ensure that the lubricating fluid is atomized at the lowest possible temperature, the atomizing nozzle 1 is connected to the heat exchanger 6 which, in the embodiment illustrated in Figure 1, is disposed externally to the housing 11.
Entre o bico atomizador 1 e o trocador de calor 6 é disposto um elemento debloqueio 7, por exemplo, uma válvula de bloqueio 7, que permanece aberta durante ofuncionamento do compressor e é fechada após o desligamento do mesmo.Between the atomizer nozzle 1 and the heat exchanger 6 there is a locking element 7, for example a locking valve 7, which remains open during operation of the compressor and is closed after its shutdown.
Após atingir a pressão de descarga, o fluido lubrificante juntamente com o fluidorefrigerante é descarregado da câmara de compressão através de uma válvula de descarga3 e segue por uma linha de descarga 4.After reaching the discharge pressure, the lubricating fluid together with the refrigerant is discharged from the compression chamber through a discharge valve3 and follows a discharge line 4.
O separador de fluido lubrificante 5 é conectado à linha de descarga 4 e aotrocador de calor 6, de modo que o fluiido lubrificante proveniente da linha de descarga sejaseparado do fluido refrigerante e direcionado ao trocador de calor, reiniciando o ciclo.The lubricant separator 5 is connected to the discharge line 4 and the heat exchanger 6 so that the lubricant fluid from the discharge line is separated from the refrigerant and directed to the heat exchanger, restarting the cycle.
A figura 2 apresenta uma concretização similar àquela da figura 1, sendo que oseparador de fluido lubrificante 5 é disposto no interior da carcaça 11 do compressor 10.Figure 2 shows an embodiment similar to that of figure 1, wherein the lubricant fluid separator 5 is disposed within the housing 11 of the compressor 10.
Assim, nessa concretização, o fluido refrigerante juntamente com o fluido lubrificante édescarregado da câmara de compressão através da válvula de descarga 3, seguindo pelalinha de descarga 4, sendo que o separador de fluido lubrificante 5 é posicionado na linhade descarga interna do compressor 10. Essa concretização, além de apresentar umaestrutura mais compacta do que aquela ilustrada na figura 1, faz com que o separador 5atue como um atenuador de pressão, filtrando as pulsações de pressão geradas durante adescarga de refrigerante. Além disso, como o trocador de calor 6 permanece externo aocompressor, a eficiência da troca de calor é preservada.Thus, in this embodiment, the refrigerant together with the lubricating fluid is discharged from the compression chamber through the discharge valve 3, following the discharge nozzle 4, the lubricant separator 5 being positioned in the internal discharge line of the compressor 10. This In addition to having a more compact structure than shown in Figure 1, the embodiment causes the separator 5 to act as a pressure attenuator, filtering the pressure pulsations generated during refrigerant loading. In addition, as heat exchanger 6 remains external to the compressor, heat exchange efficiency is preserved.
A figura 3 apresenta uma terceira concretização alternativa da presente invenção,onde tanto o separador de óleo lubrificante 5 quanto o trocador de calor 6 são posicionadosno interior da carcaça 11 do compressor 10.Figure 3 shows a third alternative embodiment of the present invention, wherein both the lubricating oil separator 5 and the heat exchanger 6 are positioned within the compressor casing 11.
Nessa concretização, a linha de alimentação de fluido lubrificante 8 e o elementode bloqueio 7 também permanecem internos ao compressor 10, estando dispostos nointerior da carcaça 11. Deve ser notado que essa concretização possibilita uma construçãode compressor extremamente compacta.In this embodiment, the lubricating fluid feed line 8 and the locking element 7 also remain internal to the compressor 10 and are disposed within the housing 11. It should be noted that such an embodiment enables an extremely compact compressor construction.
Nessa concretização ilustrada na figura 3, o trocador de calor 6 está posicionadosubmerso no óleo do cárter do compressor. Essa configuração aumenta a temperatura doóleo no cárter, o que pode ter efeito adicional para aumento da eficiência do compressor. Omotivo para tal é que com a injeção de gotículas de óleo frio no cilindro e o subseqüenteresfriamento do gás comprimido, o resultado esperado é uma redução global dos níveis detemperatura do compressor. Esta redução de temperaturas impactará em um aumento daviscosidade do óleo, aumentando as perdas mecânicas. Ao se colocar o trocador de calorno óleo, permite-se compensar parte deste problema, entregando parte do calor removidodiretamente do gás de compressão paira o óleo no cárter, podendo recuperar assim partedas perdas adicionadas pelo aumento da viscosidade.In this embodiment illustrated in figure 3, the heat exchanger 6 is positioned submerged in the oil in the compressor crankcase. This setting increases the oil temperature in the crankcase, which may have an additional effect to increase compressor efficiency. The reason for this is that with the injection of cold oil droplets into the cylinder and subsequent cooling of the compressed gas, the expected result is an overall reduction in compressor temperature levels. This reduction in temperatures will impact an increase in oil viscosity, increasing mechanical losses. By inserting the oil heat exchanger, it is possible to compensate part of this problem by delivering part of the heat removed directly from the compression gas to the oil in the crankcase, thus recovering the losses added by the increase in viscosity.
A figura 4 ilustra uma quarta concretização da presente invenção, onde o bicoinjetor 1 é posicionado na placa de válvulas do compressor 10. Essa construção permiteque a atomização de óleo seja realizada em qualquer momento do ciclo de operação docompressor, e não apenas durante umi período do ciclo de compressão, como previsto nasconcretizações das figuras 1 a 3. Essa concretização é particularmente conveniente quandohá uma baixa solubilidade do fluido refrigerante no fluido lubrificante, ou quando é utilizadoum separador dè alta eficiência para separar o fluido lubrificante do fluido refrigerante.Figure 4 illustrates a fourth embodiment of the present invention wherein the nozzle 1 is positioned on the compressor valve plate 10. This construction allows oil atomization to be performed at any time during the compressor operating cycle, and not just for a period of time. compression cycle as provided in the embodiments of Figures 1 to 3. Such an embodiment is particularly convenient when there is low solubility of the refrigerant in the lubricating fluid, or when a high efficiency separator is used to separate the lubricating fluid from the refrigerant.
Deve ser entendido que embora a figura 4 ilustre uma concretização onde oseparador 5 e o trocador de calor 6 são externos à carcaça 11, a disposição de bico injetorprevista nessa concretização poderia ser utilizada com essas peças internas ao compressor,como nas concretizações ilustradas nas figuras 2 e 3.It should be understood that while Figure 4 illustrates an embodiment where the separator 5 and heat exchanger 6 are external to the housing 11, the nozzle arrangement provided in that embodiment could be used with such compressor internal parts, as in the embodiments illustrated in Figures 2 and 3.
A figura 5 ilustra uma quinta concretização da presente invenção, onde o separador5 e o trocador de calor 6 compreendem um componente único que integra a função deseparador e trocador de calor.Figure 5 illustrates a fifth embodiment of the present invention, wherein the separator 5 and heat exchanger 6 comprise a single component integrating the separator and heat exchanger function.
Assim, conforme ilustrado nessa figura, esse componente único pode compreenderum separador de calor com um elemento dissipador de calor (por exemplo, aletas), queremove do óleo o calor adquirido no processo de compressão. Naturalmente, outrasconstruções poderiam ser igualmente utilizadas, como, por exemplo, um trocador de calorem forma de serpentina disposto ao redor do separador.Thus, as illustrated in that figure, such a single component may comprise a heat exchanger with a heat dissipating element (e.g., fins), and the heat acquired in the compression process from the oil. Of course, other constructions could also be used, such as a coil-shaped heat exchanger arranged around the separator.
Além disso, embora o componente único esteja ilustrado na parte externa dacarcaça 11 do compressor, tal peça poderia estar alojada no interior da carcaça 11, domesmo modo previsto nas concretizações das figuras 3 e 4.In addition, although the single component is illustrated on the outside of the compressor housing 11, such a part could be housed within the housing 11, as is provided for in the embodiments of Figures 3 and 4.
A figura 6 ilustra ainda outra concretização da presente invenção, onde o trocadorde calor 6 e o separador 5 estão dispostos, considerando o circuito formado, de modoinverso ao ilustrado nas concretizações anteriores, sendo que essa disposição invertidapermite a remoção de calor antes da separação.Figure 6 illustrates yet another embodiment of the present invention, wherein heat exchanger 6 and separator 5 are arranged, considering the circuit formed, contrary to that illustrated in the previous embodiments, and this inverted arrangement allows heat removal prior to separation.
Naturalmente, a disposição invertida mostrada na figura 6 pode ser combinada comas variações descritas nas concretizações anteriores, seja com relação à posição do bicoatomizador, ou com a possibilidade de dispor as peças componentes no interior da carcaça 11.Of course, the inverted arrangement shown in Figure 6 may be combined with variations described in the previous embodiments, either with respect to the position of the atomiser nozzle, or with the possibility of arranging the component parts within the housing 11.
Através do sistema descrito, a presente invenção permite o alcance de melhoriasno tocante à confiabilidade e ao desempenho do compressor.Through the system described, the present invention allows for improvements in compressor reliability and performance.
Em relação à confiabilidade, o abaixamento do perfil térmico do compressorocasionado pela atomização de fluido lubrificante na câmara de compressão evitatemperaturas críticas em pontos do compressor nas quais o óleo pode sofrer degradação emudanças irreversíveis nas propriedades termofísicas. Com o abaixamento do perfil térmicodo compressor também é possível relaxar a severidade dos testes de aprovação, dedesgaste e de robustez do produto.Regarding reliability, the lowering of the compressor thermal profile caused by atomization of lubricating fluid in the compression chamber avoids critical temperatures at compressor points where the oil may undergo degradation and irreversible changes in thermophysical properties. By lowering the thermal profile of the compressor it is also possible to relax the severity of the pass, wear and robustness tests of the product.
Já com relação ao desempenho, as vantagens proporcionadas pela presenteinvenção estão associadas ao aumento da eficiência volumétrica e da eficiência energéticado compressor.In terms of performance, the advantages provided by this invention are associated with increased volumetric efficiency and compressor energy efficiency.
Com o abaixamento dos níveis de temperatura do compressor, há uma diminuiçãodo superaquecimento do gás no caminho de sucção, resultando em uma densidade maiordo refrigerante no início do processo de compressão e assim no aumento da quantidade demassa comprimida e bombeada pelo compressor. Desta forma, o compressor tem a suaeficiência volumétrica aumentada e, paira uma mesma capacidade de bombeamento, podeser construído em dimensões menores.As the compressor temperature levels are lowered, the gas overheats in the suction path decreases, resulting in a higher refrigerant density at the beginning of the compression process and thus an increase in the amount of compressed and pumped by the compressor. In this way, the compressor has its increased volumetric efficiency and, with the same pumping capacity, can be built in smaller dimensions.
Além dos efeitos sobre o superaquecimento ao longo do caminho de sucção, o óleoatomizado no interior da câmara de compressão retira calor do fluido refrigerante ao longodo processo de compressão, diminuindo a sua temperatura e o seu volume específico. Comisso, o trabalho de compressão diminui e a eficiência do compressor aumenta.In addition to the effects on overheating along the suction path, the atomized oil inside the compression chamber removes heat from the refrigerant throughout the compression process, decreasing its temperature and specific volume. As a result, the compression work decreases and the compressor efficiency increases.
Conseqüentemente, em função do aumento da massa bombeada e da diminuiçãodo trabalho específico, há um acréscimo na eficiência energética do compressor,usualmente CARACTERIZADA pelo Coeficiente de Desempenho (COP) do compressor.Outro benefício da redução do aquecimento durante o processo de compressão é adiminuição da velocidade do escoamento do fluido nas válvulas do compressor, reduzindoas perdas de energia devido ao atrito viscoso e, assim, contribuindo também para oaumento do COP.Consequently, due to the increase in pumped mass and the decrease in specific work, there is an increase in compressor energy efficiency, usually CHARACTERIZED by the Compressor Performance Coefficient (COP). Another benefit of reducing heating during the compression process is the reduction of the fluid flow velocity in the compressor valves, reducing energy losses due to viscous friction and thus also contributing to increased COP.
aplicação em refrigeração a presença de óleo dentro do cilindro no final do processo decompressão traz um benefício extra porque reduz a quantidade de refrigerante no volumemorto, aumentando a eficiência volumétrica.Cooling application The presence of oil inside the cylinder at the end of the decompression process has an extra benefit because it reduces the amount of refrigerant in the dead volume, increasing the volumetric efficiency.
Outro benefício complementar está na melhor vedação da folga pistão cilindro pelo óleo, o que pode atuar favoravelmente na redução das perdas inerentes ao vazamento degás de dentro da câmara de compressão.Another complementary benefit is the better sealing of the piston cylinder clearance by the oil, which can act favorably in reducing the losses inherent to leakage from inside the compression chamber.
Finalmente, deve ser entendido que a descrição fornecida com base nas figurasacima se refere apenas a concretizações possíveis para o sistema da presente invenção,sendo que o real escopo do objeto da invenção encontra-se definido nas reivindicações apensas.Finally, it should be understood that the description provided on the basis of the above figures refers only to possible embodiments for the system of the present invention, and the actual scope of the object of the invention is defined in the appended claims.
Deve ser destacado também que em compressores de baixa capacidade deIt should also be noted that in low capacity compressors
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