BRPI1001359A2 - sistema de refrigeração de um refrigerador e processo de operação do sistema - Google Patents

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Abstract

SISTEMA DE REFRIGERAçãO DE UM REFRIGERADOR E PROCESSO DE OPERAçãO DO SISTEMA. A presente invenção se refere a um 1. Sistema de refrigeração de um refrigerador, particularmente de um refrigerador com um compartimento de refrigeração (7) e um freezer (11), o dito sistema compreendendo um compressor (1) ligado por meio de um trecho de tubo de fluído refrigerante (2) a pelo menos um condensador (3), uma primeira linha de fluído refrigerante (4) partindo do condensador (3) e retornando para o compressor (1), a dita primeira linha (4) portando, seqLãencialmente, um dispositivo de expansão (5) e um evaporador (6) disposto no compartimento de refrigeração (7); e uma segunda linha de fluido refrigerante (8) partindo do condensador (3) e retornando para o compressor (1), a dita segunda linha (8) portando, seqúencialmente, um dispositivo de expansão (9) e um evaporador (10) disposto no freezer (11), consistindo basicamente a novidade em que o compressor (1) apresenta pelo menos duas entradas de sucção (12, 13), sendo que a primeira linha de fluido refrigerante (4) está conectada á primeira entrada (12) e a segunda linha de fluido refrigerante (8) está conectada à segunda entrada (13), e as duas entradas apresentam cada uma, uma válvula de sucção (14,15). A invenção também se refere a um processo de operação do sistema.

Description

"SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DE UM REFRIGERADOR E PROCESSO DE OPERAÇÃO DO SISTEMA"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere a um sistema de refrigeração de um refrigerador, particularmente de um refrigerador doméstico com um compartimento de refrigeração e um freezer, assim como a um processo para operar o sistema.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Conforme é de conhecimento geral, um sistema de refrigeração compreende, basi- camente, um compressor, um condensador, um dispositivo de expansão e um evaporador. O fluido refrigerante (na fase gasosa) é comprimido no compressor e escoa até o condensa- dor, onde é resfriado, por exemplo, por meio do ar ambiente, e passa para a fase líquida. O fluido refrigerante, à alta pressão, escoa até o dispositivo de expansão, onde a sua pressão é reduzida, e em seguida, escoa para o evaporador, onde absorve o calor da carga (alimen- tos, por exemplo) e passa para a fase gasosa. Finalmente, o refrigerante é aspirado pelo compressor, completando, assim, o ciclo de refrigeração.
TÉCNICA ANTERIOR E SEUS INCONVENIENTES
São conhecidos vários tipos de sistemas de refrigeração de um refrigerador domés- tico. O sistema de refrigeração mais utilizado compreende um compressor e um condensa- dor, de onde parte uma linha de fluido refrigerante para o evaporador do freezer, e em se- guida, essa linha passa pelo evaporador do compartimento de refrigeração e retorna para o compressor.
O sistema descrito acima tem um custo mais baixo, no entanto é de baixa efi- ciência, uma vez que opera na temperatura menor, ou seja, na temperatura do freezer.
Em outros sistemas de refrigeração da técnica anterior há dois sistemas totalmente independentes, um operando no freezer e o outro no compartimento de refrigeração. Esta configuração apresenta uma boa eficiência, no entanto seu custo é muito elevado, uma vez que possui dois compressores e dois condensadores.
A fim de reduzir o custo final e tentar melhorar a eficiência do sistema, foram cria- dos sistemas, conforme mostrado na figura 1, com apenas um compressor A, um conden- sador B, dois dispositivos de expansão (não mostrados na figura), e dois evaporadores, sendo que na figura está mostrado somente o evaporador do freezer C. O compressor bom- beia o fluido refrigerante para o condensador, de onde partem duas linhas de fluido refrige- rante, a primeira linha tendo um capilar e um primeiro evaporador disposto no compartimen- to de refrigeração (não mostrados), enquanto que a segunda linha possui um outro capilar (não mostrado) e outro evaporador C disposto no freezer. Após os evaporadores, há uma válvula solenóide D, disposta na linha de retorno E do compartimento de refrigeração, e uma válvula de retenção F situada na linha de retorno do freezer G. Junto à válvula F as duas linhas de retorno se juntam formando uma única linha que se estende até a entrada de suc- ção H do compressor.
Em operação, quando a válvula D se abre, o fluido refrigerante é aspirado somente da linha E, que retorna do compartimento de refrigeração, e quando a dita válvula D se fe- cha, o fluido passa a ser aspirado somente da linha G que retorna do freezer.
Um inconveniente deste sistema consiste em que, no intervalo em que a válvu- la D se fecha e a válvula F se abre, o fluido refrigerante, no trecho entre a válvula Dea entrada de sucção H do compressor, não está gerando trabalho e tem que ser aspirado pelo compressor. Em seguida, quando a válvula D se abre e a válvula F se fecha, este mesmo trecho de tubo, ou seja, da válvula D até a entrada de sucção H, está a baixa pressão e é preenchido novamente com fluido refrigerante a alta pressão, o que tam- bém gera perdas.
Um outro inconveniente de todos os sistemas da técnica anterior é o fato de que eles operam sempre dentro de faixas de temperatura, ou seja, quando a tempera- tura atinge o valor máximo pré-estabelecido, o termostato emite um sinal para o com- pressor interromper seu funcionamento ou reduzir sua rotação (no caso de compresso- res de capacidade variável); e ao contrário, quando a temperatura atinge o valor mais baixo, o sistema volta a operar na máxima capacidade. Estas variações também geram perdas elevadas.
OBJETIVOS E VANTAGENS DA INVENÇÃO
A presente invenção tem como objetivo proporcionar um sistema de refrigeração de refrigeradores domésticos que tenha uma elevada eficiência e um custo reduzido.
Este objetivo é alcançado por meio de um sistema de refrigeração de um refri- gerador com um compartimento de refrigeração e um freezer, o dito sistema compre- endendo um compressor unido, por meio de um trecho de tubo de descarga de fluido refrigerante, a pelo menos um condensador; uma primeira linha de fluido refrigerante partindo do condensador e retornando para o compressor, a dita primeira linha portan- do, seqüencialmente, um dispositivo de expansão e um evaporador disposto no com- partimento de refrigeração; e uma segunda linha de fluido refrigerante partindo do con- densador e retornando para o compressor, a dita segunda linha portando, seqüencial- mente, um dispositivo de expansão e um evaporador disposto no freezer, o compressor apresentando pelo menos duas entradas de sucção, sendo que a primeira linha de flui- do refrigerante está conectada à primeira entrada e a segunda linha de fluido refrige- rante está conectada à segunda entrada, e as duas entradas apresentam cada uma, uma válvula de sucção.
Na primeira entrada de sucção há uma válvula de sucção comandável remo- tamente, que pode ser, por exemplo, uma válvula solenóide, uma válvula pneumática ou uma válvula hidráulica.
O objetivo da invenção também é obtido por meio de um processo em que a primei- ra e segunda válvulas de sucção operam de maneira alternada, sendo que a alternância da operação das válvulas se processa, de preferência, rapidamente.
Assim, o sistema de acordo com a invenção pode operar de forma tradicional, onde cada linha de sucção opera seqüencialmente em um ritmo lento, ou, de preferência, em um ritmo bem rápido em que a troca de operação de uma linha de sucção para a outra linha de sucção se processa de uma maneira muito rápida, de modo que o sistema interpreta como se as duas linhas estivessem operando simultaneamente.
Esta característica de troca rápida das linhas proporciona uma elevada eficiência do sistema, fazendo com que o compartimento de refrigeração e o freezer operem, simultane- amente, em uma temperatura praticamente constante. Assim, evitam-se as perdas dos sis- temas da técnica anterior, os quais operam com base em faixas de temperatura, conforme descrito anteriormente.
Outra vantagem do sistema de acordo com a invenção é o fato de que é possível controlar o tempo em que cada linha fica acionada, o que possibilita o controle da capacida- de requerida para cada uma delas. A este controle de tempo de abertura de válvulas pode ser associado um compressor de capacidade variável. Esta associação permite cobrir uma grande gama de capacidades para cada linha de sucção, com o total controle da capacidade de cada linha de sucção, independente e concomitantemente.
Uma outra vantagem do sistema de acordo com a invenção é o fato de que não há nenhum trecho das linhas de sucção sujeito a duas pressões de operação, conforme ocorre no sistema da técnica anterior mostrado na figura 1. Assim, eliminam-se as perdas descritas anteriormente.
Outra vantagem do sistema de acordo com invenção é o fato de que este não ne- cessita da válvula de retenção F mostrada na figura 1.
Em compressores herméticos, recíprocos ou lineares, aplicados na refrigeração doméstica, comumente a sucção do compressor é equalizada com a carcaça do mesmo. Desta forma a carcaça fica na mesma pressão da sucção e no caso de compressores que usam óleo lubrificante para seus mancais, este pode retornar facilmente para o carter.
Assim, outra vantagem do sistema de acordo com a invenção é o fato de que pode- se optar por uma das linhas de sucção ser equalizada com o interior da carcaça e também permitir que o óleo vindo nesta linha retorne ao carter. O óleo que retorna pela linha não equalizada será bombeado novamente para a linha de descarga, onde se misturará com o gás vindo da outra linha de sucção e uma parte será levada para o carter quando voltar para o compressor pela linha de sucção equalizada. Desta forma sempre haverá um caminho para o óleo voltar ao compressor. Em compressores onde não é empregado óleo lubrificante, as duas linhas poderiam ser herméticas, caso for desejado.
A invenção será a seguir mais detalhadamente descrita, a título de exemplo, com base nas figuras anexas:
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
A figura 2 mostra uma concretização preferida do sistema de refrigeração de acordo com a invenção;
A figura 3 mostra uma primeira concretização da válvula de sucção comandável remotamente, do sistema de acordo com a invenção, na condição fechada;
A figura 4 mostra a mesma vista da figura 3, mas com a válvula de sucção coman- dável remotamente na condição aberta;
A figura 5 mostra uma segunda concretização da válvula de sucção comandável remotamente, do sistema de acordo com a invenção, na condição aberta;
A figura 6 mostra a válvula da figura 5 na condição fechada;
A figura 7 mostra um gráfico de operação do sistema de acordo com a invenção, onde é utilizado um compressor de capacidade variável; e
A figura 8 mostra um gráfico de operação do sistema de acordo com a invenção, onde é utilizado um compressor de capacidade fixa.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A figura 2 mostra o sistema de acordo com a invenção, onde se observa um com- pressor 1 unido a um condensador 3 por meio de um trecho de tubo de descarga de fluido refrigerante 2, o dito trecho partindo de uma válvula de descarga 2a. A figura mostra ainda uma primeira linha de fluido refrigerante 4 com um dispositivo de expansão 5 e um evapora- dor 6 disposto no compartimento de refrigeração 7, assim como uma segunda linha de fluido refrigerante 8 com um dispositivo de expansão 9 e um evaporador 10 disposto no freezer 11. De preferência os dispositivos de expansão são tubos capilares. O compressor 1 apre- senta duas entradas de sucção 12 e 13, onde a primeira linha de fluido refrigerante 4 está conectada à primeira entrada 12 e a segunda linha de fluido refrigerante 8 está conectada à segunda entrada 13. Na primeira linha de fluido refrigerante 4 a pressão é maior do que na segunda linha 8.
Na primeira entrada de sucção 12 está disposta uma válvula de sucção comandável remotamente 14, que é de preferência uma válvula solenóide. Assim, durante a operação, a válvula solenóide se abre e o fluido refrigerante da linha 4, que está a uma pressão maior, ocupa a câmara de compressão e impede a abertura da outra válvula de sucção 15 disposta na segunda entrada de sucção 13. Em seguida, a válvula solenóide 14 se fecha e o fluido refrigerante é comprimido e escoa pelo duto de descarga 2. Após esta etapa, a válvula sole- nóide 14 permanece fechada e a válvula 15 se abre, possibilitando que o fluido refrigerante da segunda linha 8 seja aspirado e, posteriormente, comprimido e escoado.
Conforme já citado anteriormente, de preferência, esta troca de operação de uma linha de sucção para a outra é efetuada de uma forma bem rápida, e assim, o sistema inter- preta como se as duas linhas estivessem operando simultaneamente, o que possibilita a operação do sistema sem a utilização de faixas de temperatura, praticamente com uma temperatura constante no freezer, por exemplo -18 C°, e outra temperatura constante no compartimento de refrigeração, por exemplo 5 C°.
A figura 3 mostra uma primeira concretização da válvula comandável remota- mente 14, que consiste em uma válvula solenóide disposta na entrada de sucção 12. Observa-se na figura que a bobina 16 da válvula está montada no interior da entrada de sucção 12 e a contra-sede 17 da válvula se encontra dentro da câmara de compres- são 18, na condição fechada. Nesta condição a bobina 16 está acionada, impedindo a abertura da válvula solenóide 14, e, com isto, possibilitando a abertura da válvula 15 conforme mostra a figura.
A figura 4 mostra a mesma vista da figura 3, sendo que nesta figura a bobina 16 não está energizada e a válvula solenóide 14 está aberta, impedindo, assim, a abertura da válvula de sucção 15. A figura 5 mostra uma segunda concretização da válvula solenóide 14, onde se observa que a bobina 16 da válvula está montada na primeira linha de fluido refrigerante 4 e a contra-sede 17 da válvula atua fora da câmara de compressão 18. Esta concretização tem a vantagem de utilizar um espaço menor na parte interna do cilindro, uma vez que o circuito eletromagnético se situa na linha de sucção. Observa-se ainda na figura que a válvula solenóide 14 está na condição aberta, enquanto a válvula de sucção 15 está fechada. Enquanto a válvula 17 está aberta a válvula de sucção 18 pode abrir e fechar vá- rias vezes.
A figura 6 mostra a válvula da figura 5 na condição fechada, ou seja, com a sua contra-sede 17 fechando a entrada de sucção 12, enquanto que a válvula de sucção 15 está aberta.
As figuras 7 e 8 mostram gráficos de capacidade e tempo de operação de com- pressores utilizados no sistema de acordo com a invenção, onde a figura 6 mostra a opera- ção de um compressor de capacidade variável, e a figura 7 a de um compressor de capaci- dade fixa. Conforme já é conhecido, o compressor de capacidade variável opera de maneira contínua, sem paralisações, apenas aumentando ou reduzindo a sua velocidade de acordo com a necessidade de operação, enquanto que o compressor de capacidade fixa interrompe a sua operação em determinados intervalos, conforme os trechos indicados com "off" na figura 7. Tendo em vista que na presente invenção o freezer e o compartimento de refrigera- ção operam com temperaturas praticamente constantes, os intervalos de paralisação do compressor de capacidade fixa são muito reduzidos. Além da concretização apresentada anteriormente, o mesmo conceito inventivo po- derá ser aplicado a outras alternativas ou possibilidades de utilização do invento. Por exem- plo, o sistema de acordo com a invenção pode empregar qualquer tipo de compressor e não somente o compressor linear mostrado nas figuras. Em um outro exemplo, o sistema pode- ria apresentar várias entradas de sucção de múltiplos compartimentos de refrigeração com diferentes temperaturas de operação.
Assim sendo, será compreendido que a presente invenção deverá ser interpretada de maneira ampla, sendo sua abrangência determinada pelos termos das reivindicações anexas.

Claims (8)

1. Sistema de refrigeração de um refrigerador, particularmente de um refrigerador com um compartimento de refrigeração (7) e um freezer (11), o dito sistema compreendendo um compressor (1) unido a pelo menos um condensador (3) por meio de um trecho de tubo de descarga de fluido refrigerante (2); uma primeira linha de fluido refrigerante (4) partindo do condensador (3) e retornando para o compressor (1), a dita primeira linha (4) portando, seqüencialmente, um dispositivo de expansão (5) e um evaporador (6) disposto no compar- timento de refrigeração (7); e uma segunda linha de fluido refrigerante (8) partindo do con- densador (3) e retornando para o compressor (1), a dita segunda linha (8) portando, se- qüencialmente, um dispositivo de expansão (9) e um evaporador (10) disposto no freezer (11), CARACTERIZADO pelo fato de que o compressor (1) apresenta pelo menos duas en- tradas de sucção (12, 13), sendo que a primeira linha de fluido refrigerante (4) está conecta- da à primeira entrada (12) e a segunda linha de fluido refrigerante (8) está conectada à se- gunda entrada (13), e as duas entradas apresentam, cada uma, uma válvula de sucção (14, -15).
2. Sistema de refrigeração de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula de sucção (14) da primeira entrada de sucção (12) é uma válvula comandável remotamente.
3. Sistema de refrigeração de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula comandável remotamente é uma válvula solenóide.
4. Sistema de refrigeração de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula comandável remotamente é uma válvula pneumática.
5. Sistema de refrigeração de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula comandável remotamente é uma válvula hidráulica.
6. Sistema de refrigeração de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula de sucção (15) da segunda entrada de sucção (13) é uma válvula operável mecanicamente.
7. Sistema de refrigeração de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os respectivos dispositivos de expansão (5, 9) da primeira e segunda linhas de fluido refrigerante (4, 8) são, de preferência, tubos capilares.
8. Processo de operação do sistema de refrigeração conforme definido na reivindi- cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e segunda válvulas de sucção (14, -15) operam de maneira alternada, sendo que a alternância da operação das válvulas se processa, de preferência, rapidamente.
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