BRPI1105379A2

BRPI1105379A2 - Sistema de válvula semi- comandada aplicado em compressor e método de modulação de capacidade de compressor dotado de sistema de válvula semi- comandada

Info

Publication number: BRPI1105379A2
Application number: BRPI1105379-8A
Authority: BR
Inventors: Dietmar Erich Bernhard Lilie; Eduardo Arceno; Rodrigo Kremer
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-11-26
Also published as: BRPI1105379B1; EP2798214B1; ES2751626T3; WO2013097006A8; JP2015507120A; US20140377082A1; EP2798214A1; SG11201403617QA; KR20140107463A; WO2013097006A1; US10174747B2; CN104081050B; CN104081050A

Abstract

SISTEMA DE VÁLVULA SEMI-COMANDADA APLICADO EM COMPRESSOR E MÉTODO DE MODULAÇÃO DE CAPACIDADE DE COMPRESSOR DOTADO DE SISTEMA DE VÁLVULA SEMI-COMANDADA. A presente invenção refere-se a um sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor alternativo, e ao método de modulação da capacidade de um compressor proporcionado pelo mencionado sistema de válvula semi-comandada. O sistema de válvula semi-comanda compreende pelo menos uma válvula (71, 81) mecânica pré-tensionada em um primeiro estado operacional, a qual compreendendo pelo menos uma porção ferrosa, e pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82) seletivamente acionável, sendo que o estado operacional de pelo menos uma válvula (71, 81) é seletivamente comutado a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82).

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção para “SISTEMA DE VÁLVULA SEMI- COMANDADA APLICADO EM COMPRESSOR E MÉTODO DE MODULAÇÃO DE CAPACIDADE DE COMPRESSOR DOTADO DE SISTEMA DE VÁLVULA SEMI- COMANDADA”.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor alternativo, e ao método de modulação da capacidade de um compressor dotado do sistema de válvula semi-comandada.

Em linhas gerais, a invenção em questão prevê meios de manipular a abertura ou o fechamento forçado de válvulas de sucção e/ ou válvulas de descarga de compressores alternativos. Através da manipulação destas válvulas é possível ainda controlar a capacidade de um compressor alternativo de velocidade fixa.

Fundamentos da Invenção

Sobre arranjos convencionais presentes em compressores alternativos

Como é de conhecimento dos especialistas versados no assunto, compressores alternativos compreendem máquinas e/ou dispositivos capazes de alterar a pressão de um fluido de trabalho, bem como bombeá-lo. Neste sentido, e de forma mais especifica, os compressores alternativos são capazes de alterar a pressão de um fluido de trabalho através da alteração controlada do volume de uma câmara de compressão, a qual é normalmente definida por uma câmara cilíndrica hábil de receber o fluido de trabalho e o pistão móvel. Sendo assim, o volume da câmara de compressão é alternativamente alterado (reduzido e aumentado) em função do deslocamento, em seu interior, do pistão móvel.

É também do conhecimento dos especialistas versados no assunto que as etapas de entrada (sucção) e remoção (exaustão) do fluido de trabalho no interior da câmara de compressão consistem em etapas críticas para o correto funcionamento de um compressor alternativo. Além disto, tais etapas impactam diretamente nos parâmetros de performance do compressor, e em razão disto, o atual estado da técnica compreende uma vasta gama de sistemas de válvulas destinadas ao controle da sucção e da descarga do fluido de trabalho no interior da câmara de compressão.

De acordo com o funcionamento convencional de um sistema de válvulas pertencente ao atual estado da técnica, observa-se as convencionais válvulas de sucção possuem uma configuração normal-fechada, e sua “abertura” automática e não comandada se dá única e exclusivamente quando o pistão está no ponto morto superior e desce em direção ao ponto morto inferior, ou seja, as atuais válvulas de sucção só se mantêm “abertas” quando a pressão dentro do cilindro cai até o momento em que se torna menor à pressão existente na câmara de sucção. Esta operacionalidade das atuais válvulas de sucção, embora funcional, é passível de melhorias, afinal, nota-se que é necessário gerar uma diferença de pressão favorável para que as mesmas “abram”, e isto demanda, além de maior força de partida para o motor elétrico que movimenta o pistão, maior perda de energia, necessária para o bombeamento do fluido. As soluções convencionais prevêem o super-dimensionamento deste motor (para que o mesmo seja capaz de “partir” o compressor), ou ainda, a utilização de complexos e onerosos sistemas específicos de partida.

Já as convencionais válvulas de descarga também possuem uma configuração normal-fechada, e sua “abertura” automática e não comandada se dá única e exclusivamente quando o pistão parte do ponto morto inferior e vai em direção ao ponto morto superior, aumentando a pressão dentro do cilindro, isto é, quando a pressão dentro do cilindro está maior que a pressão na câmara de descarga.

Esta operacionalidade das atuais válvulas de descarga, também embora funcional, impede qualquer tipo de modulação de capacidade do compressor em conjunto com a manutenção da velocidade do motor.

Sobre as atuais alternativas de modulação de capacidade de compressores

Segundo os entendimentos já difundidos pelo atual estado da técnica, sabe-se apenas os compressores de velocidade variável possuem a capacidade de alterar a velocidade de operação e assim, modular sua capacidade. Enquanto que, os compressores chamados "ON-OFF" não possuem esta vantagem.

No caso dos citados compressores de velocidade variável, os quais são baseados em motores elétricos de corrente contínua (VCC), nota-se que à medida que o compressor reduz a velocidade de operação, menor é a massa de gás deslocada para dentro de um sistema qualquer (como, por exemplo, sistemas de refrigeração), e com isto, é possível obter ganhos elevados de aumento de eficiência em sistemas que demandam massas de gás variáveis.

Os atuais compressores de velocidade variável utilizam uma eletrônica complexa em associação com um motor de imãs permanentes, e geralmente esta associação de imãs e eletrônica possui um alto custo. Outra limitação destes compressores diz respeito à velocidade mínima com que este pode operar, afinal, este valor mínimo de rotação também esta ligado diretamente na confiabilidade do compressor.

Ainda como alternativa paliativa para modulação de capacidade de compressores, o atual estado da técnica prevê certas soluções onde os orifícios de sucção e/ou descarga de uma placa de válvulas podem ter seu diâmetro relativamente alterado (parcialmente obstruído) durante sua respectiva etapa funcional.

Os documentos US 3,844,686 e US 2010/004387 exemplificam, por exemplo, mecanismos eletromagnéticos capazes de promover, direta ou indiretamente, a redução/aumento do diâmetro de sucção e/ou descarga, entretanto, tais mecanismos tem operacionalidade relevante apenas quando as válvulas de sucção ou descarga encontram- se operacionalmente “abertas”.

Com base em todo o contexto acima explanado, resta evidente observar que o atual estado da técnica relacionado a sistemas de válvula de compressores alternativos é fundamentalmente baseado em princípios operacionais equivalentes, não flexíveis e não personalizáveis.

Além disto, nota-se ainda que o atual estado da técnica relacionado aos meios de modulação de capacidade de compressores alternativos encontra-se limitado a soluções não inteiramente aplicáveis, ou ainda, a soluções onerosas e não aplicáveis em utilizações mais mundanas.

É com base neste cenário que surge a presente patente de invenção.

Objetivos da Invenção

Desta forma, é um dos objetivos da presente invenção apresentar um sistema de válvula para compressor alternativo capaz de ser semi-comandado a qualquer momento do ciclo operacional de compressão. Com isto, é então outro objetivo da presente invenção que o sistema de válvula ora revelado possibilite a manipulação seletiva da válvula de sucção e/ou da válvula de exaustão.

É outro objetivo da presente invenção revelar um novo método de modulação da capacidade de um compressor através da comutação seletiva da válvula de sucção e/ou da válvula de exaustão. Neste sentido, é um os objetivos da invenção propor um método de modulação da capacidade através do refluxo do fluido de trabalho.

Ainda sim, é um dos objetivos da presente invenção que o método de modulação da capacidade auxilie ainda na partida do motor do compressor.

Por último, é também um objetivo da presente invenção revelar uma solução menos onerosa e mais funcional do que as soluções de fins análogos pertencentes ao atual estado da técnica.

Sumário da Invenção

Estes e outros objetivos são totalmente alcançados por meio do sistema de válvula semi-comanda aplicado em compressor do tipo alternativo (do tipo composto por pelo menos um cilindro, pelo menos um pistão, pelo menos uma câmara de compressão e pelo menos uma válvula atuando em seu respectivo orifício). O sistema em si é integrado por pelo menos uma válvula (esta compreendendo uma válvula mecânica pré-tensionada em um primeiro estado operacional, e compreendendo pelo menos uma porção ferrosa) e pelo menos um elemento gerador de campo magnético seletivamente acionável. De acordo com a presente invenção, tem-se que o estado operacional de pelo menos uma válvula é seletivamente comutado a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético. Preferencialmente, o estado operacional de pelo menos uma válvula é seletivamente comutado entre um primeiro estado operacional e um segundo estado operacional através de pelo menos um pulso magnético do elemento gerador de campo magnético. Neste sentido, e de forma preferencial, arbitra-se que o primeiro estado operacional da válvula compreende o estado “aberto”, e o segundo estado operacional da válvula compreende o estado “fechado”.

Vale também mencionar que, de acordo com a presente invenção, a válvula pode compreender uma válvula de sucção, ou ainda, uma válvula de descarga. Já o elemento gerador de campo magnético compreende uma bobina elétrica ou similar. Ainda preferencialmente, pelo menos uma válvula e seu respectivo elemento gerador de campo magnético encontram-se dispostos em pelo menos uma placa de válvulas, e no caso de mais de uma válvula semi-comandada de acordo com os conceitos até então revelado, pode ser previsto pelo menos uma isolação magnética entre as válvulas.

Os objetivos acima mencionados são também alcançados em função do método de modulação de capacidade de compressor dotado de sistema de válvula semi-comanda, o qual de prevê o refluxo de sucção e/ou exaustão através da comutação não espontânea de pelo menos uma válvula.

Neste sentido, pode-se atrasar o fechamento espontâneo de pelo menos uma válvula, ou ainda, retardar a abertura espontânea de pelo menos uma válvula.

Preferencialmente, é atrasado o fechamento espontâneo da válvula de sucção e retardada a abertura espontânea da válvula de descarga.

Descrição Resumida das Figuras

A concretização conceituai do sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor alternativo ora revelado será pormenorizadamente detalhada com base nas figuras abaixo relacionadas, as quais.

A figura 1 ilustra um modelo esquemático do mecanismo funcional de um compressor alternativo provido do sistema de válvula semi-comandada ora apresentado.

Descrição Detalhada da Invenção

De acordo com a presente invenção, e objetivando alcançar os objetivos acima definidos, é revelado um inédito sistema de válvula semi-comanda aplicado em compressor do tipo alternativo.

Em linhas gerais, o sistema é compreendido por pelo menos uma válvula pré- tensionada em um primeiro estado operacional, e compreendendo pelo menos uma porção ferrosa, e por pelo menos um elemento gerador de campo magnético seletivamente acionável. Desta forma, o estado operacional de pelo menos uma válvula pode ser sendo seletivamente comutado a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético. De acordo com a concretização conceituai ilustrada na figura 1, nota-se que o sistema ora proposto utiliza dispositivos com bobinas elétricas 72, 82 e válvulas pré- tensionadas 71, 81 em estado normal aberto. Estas válvulas ficam abertas devido à pré- tensão e a bobina elétrica possui a função de criar um campo magnético favorecendo o fechamento da válvula.

Segundo este conceito fundamental, estas características podem ser aplicadas a uma válvula de sucção 71 e/ou a uma válvula de descarga 81.

As válvulas pré-tensionadas posicionam-se alinhadamente às suas respectivas bobinas elétricas 72, 82 de forma que estas tenham condições de, quando ativadas, produzir um campo magnético que faz atrair sua válvula pré-tensionada em direção à placa válvula 6, visando vedar os orifícios 7, 8 (respectivamente, orifício de sucção e orifício de descarga).

Sendo assim, é possível modular a capacidade do compressor sem que haja necessidade de variar a velocidade de operação de seu motor elétrico (não ilustrado). Com isto, é possível controlar a quantidade de massa que passa pelos orifícios de sucção 7 e orifício de descarga 8, e assim, obter a capacidade funcional desejada para aumentar a eficiência de sistema um sistema qualquer e, em especial, um sistema de refrigeração.

Quando em funcionamento, o sistema ora revelado apresenta condições de fazer com que a válvula de sucção 71 e/ou a válvula de descarga 81 feche em qualquer momento do ciclo do pistão 2 (que apresenta deslocamento alternativo no interior do cilindro 1, aumentando e diminuindo o volume da câmara de compressão 3). Existe, inclusive, a opção de não fechar as válvulas. Assim, é possível obter alterações no tempo de fechamento das válvulas de forma proposital com o objetivo de gerar determinados refluxos nas câmaras de sucção 4 e/ou câmara de descarga 5, e como conseqüência disto, uma modulação de capacidade ocorrerá devido ao fato de ter alterado a quantidade de fluido de trabalho entregue para o sistema que utiliza o compressor alternativo (preferencialmente, um sistema de refrigeração).

O sistema proposto na presente invenção possui a vantagem de abrir a válvula de sucção precocemente, pois, a mesma esta com pretensão de abertura. Esta vantagem representa uma redução na diferença de pressão para abrir a válvula de sucção, e conseqüentemente, menor energia gasta pelo compressor. Além disto, a válvula de sucção fechará quando a bobina elétrica for acionada ou quando a válvula com pré-tensão encontrar um gradiente de pressão favorável ao fechamento. Desta forma torna-se possível alterar o fluxo de gás refrigerante que será entregue ao sistema de refrigeração pela modulação do refluxo na válvula de sucção.

A mesma idéia pode ser aplicada à válvula de descarga, sendo que quando o pistão parte do ponto morto inferior e vai em direção ao ponto morto superior, a pressão dentro do cilindro aumenta até o momento que se torna maior que a pressão na câmara de descarga, e neste momento, a válvula de descarga irá iniciar o movimento de abertura, a qual é facilitada pela pré-tensão da referida válvula. No momento em que o pistão 5 descarrega o gás refrigerante para fora do cilindro e inicia o processo de retorno para o ponto morto inferior, a válvula com pré tensão ficará aberta permitindo o retorno de gás da câmara de descarga para dentro do cilindro. Este refluxo na descarga irá cessar no momento em que a bobina elétrica for acionada, fechando a mencionada válvula de descarga. Este refluxo representa o gás que não foi entregue ao sistema e permitiu uma 10 modulação de capacidade.

Vale ainda mencionar que o acionamento das bobinas pode ser proveniente de uma eletrônica simples que fornece corrente elétrica suficiente para gerar um campo magnético e fechar as válvulas.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da mesma abrange outras possíveis variações, as quais são limitadas tão somente pelo teor das reivindicações, aí incluídos os possíveis meios equivalentes.

Claims

1. Sistema de válvula semi-comanda aplicado em compressor do tipo alternativo, o compressor compreendendo pelo menos um cilindro (1), pelo menos um pistão (2), pelo menos uma câmara de compressão (3), e pelo menos uma válvula (71, 81) atuando em seu respectivo orifício (7, 8); o sistema sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender: pelo menos uma válvula (71, 81) pré-tensionada em um primeiro estado operacional, e compreendendo pelo menos uma porção ferrosa; pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82) seletivamente acionável; o estado operacional de pelo menos uma válvula (71, 81) sendo seletivamente comutado a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82).

2. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o estado operacional de pelo menos uma válvula (71, 81) é seletivamente comutado entre um primeiro estado operacional e um segundo estado operacional através de pelo menos um pulso magnético do elemento gerador de campo magnético (72, 82).

3. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro estado operacional da válvula (71, 81) compreende o estado “aberto”.

4. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo estado operacional da válvula (71, 81) compreende o estado “fechado”.

5. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula (71) compreende uma válvula de sucção.

6. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula (71) compreende uma válvula de descarga.

7. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento gerador de campo magnético (72, 82) compreende uma bobina elétrica.

8. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma válvula (71, 81) e seu respectivo elemento gerador de campo magnético (72, 82) encontram-se dispostos em pelo menos uma placa de válvulas (6).

9. Sistema de válvula semi-comanda, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de prever pelo menos uma isolação magnética entre as válvulas (71) e (81).

10. Método de modulação de capacidade de compressor dotado de sistema de válvula semi-comanda, conforme o descrito nas reivindicações de 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de prever o refluxo de sucção e/ou exaustão através da comutação não espontânea de pelo menos uma válvula (71, 81).

11. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de atrasar o fechamento espontâneo de pelo menos uma válvula (71, 81).

12. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de atrasar o fechamento espontâneo da válvula de sucção (71).

13. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de retardar a abertura espontânea de pelo menos uma válvula (71, 81).

14. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de retardar a abertura espontânea da válvula de descarga (81).