BRPI0317464B1 - sistema de refrigeração possuindo compressor alternado - Google Patents
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Abstract
"sistema de refrigeração possuindo compressor reciprocante". um sistema de refrigeração inclui: um evaporador (2) para efetuar uma operação de resfriamento a medida que um refrigerante é evaporado; um compressor (4) para comprimir o refrigerante descarregado a partir do evaporador a medida em que um movimentador é movido de forma reciprocante; um condensador (6) para mudar o refrigerante comprimido no compressor reciprocante para um refrigerante líquido; e um tubo capilar (8) para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador e transferi-lo para o evaporador. o refrigerante é um refrigerante de hfc, um carbono fluoreto hidrogenado compreendendo hidrogênio, flúor e carbono, e o lubrificante é um lubrificante a base de éster, um tipo de fluido sintético, de forma a que um desempenho de lubrificação e um desempenho do sistema de refrigeração possam ser melhorados.
Description
"SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO POSSUINDO COMPRESSOR ALTERNADO" CAMPO TÉCNICO A presente invenção está relacionada a um sistema de refrigeração para efetuar uma operação de compressão sobre um refrigerante por um compressor alternado e, mais particularmente, a um sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado que é capaz de melhorar um desempenho de lubrificação por melhoria de um lubrificante usado para um compressor alternado e portanto melhorar o desempenho de um sistema de refrigeração.
TÉCNICA ANTERIOR
Como os cloro flúor carbonetos (CFC), que são refrigerantes usados para refrigeradores, condicionadores de ar e similares, são conhecidos como uma matéria prima que danifica a camada de ozônio da estratosfera, estão sendo continuamente efetuadas pesquisas sobre refrigerantes substitutos.
Deseja-se que o refrigerante substituto para os CFC / HCFC seja não agressivo para o meio ambiente, bem como que possua excelentes características termodinâmicas e físico -químicas. Isto é, o refrigerante substituto deve ter elevada eficiência energética, um índice zero de desintegração da camada de ozônio, um baixo índice de aquecimento global, caráter atóxico e não ser combustível.
Existem alguns refrigerantes que não apresentam toxicidade nem combustibilidade e não são CFC entre compostos de halocarboneto à base de metano e etano, entre eles: R22, R23, R134a, R123, R124 e R125. Dentre eles, 0 R22, R123 e o R124, que são de HCFC, estão sujeitos a regras e, no caso do R23, apesar de ser um tipo de HFC, suas propriedades termodinâmicas não são boas o suficiente para sua utilização como um refrigerante.
Os refrigerantes HFC puros que podem ser usados como um refrigerante substituto entre os halocarbonetos são muito limitados. Dessa forma, foram pesquisados refrigerantes mistos e desenvolvidos refrigerantes substitutos por mistura de dois ou três materiais puros com uma proporção de composição adequada para compensar as desvantagens dos materiais puros e assim obter um bom índice ambiental. O R134a, 0 R152a ou o ciclopropano (RC270) podem substituir o R12, o qual era amplamente utilizado para os refrigeradores domésticos e condicionadores de ar automotivos. Um refrigerante misto de HFC, tal como o R404a e o R507, está sendo considerado como um refrigerante substituto para o R502 usado principalmente como um refrigerante para baixas temperaturas. Por enquanto, os refrigerantes HFC mistos incluindo R32 são considerados como refrigerantes substitutos do R22 usado para uma bomba de calor e vários dispositivos de condicionamento de ar. Estão sendo efetuadas pesquisas por tais refrigerantes substitutos.
Os CFC incluem o Rll (tricloro monoflúor metano), R12 (dicloro diflúor metano), RI13 e similares, dos quais o R12, largamente utilizado como um refrigerante para um refrigerador, é um dos materiais sujeitos à regulação como sendo uma matéria prima que causa redução da camada de ozô- nio e gera um efeito de aquecimento global. Dessa forma, atualmente, o R134a ê usado na prática como um refrigerante substituto para o R12.
Como exemplo de HCF, o R134a apresenta um potencial zero de redução de ozônio, incombustibilidade e propriedades físicas similares â do R12, sendo assim amplamente utilizado.
No entanto, com todas estas vantagens, o R134a quase não é combinado com o óleo refrigerante atualmente usado para um sistema de refrigeração de R12 devido às suas propriedades químicas e elétricas peculiares. Portanto, existe uma demanda pelo desenvolvimento de um óleo de refrigeração para o refrigerante R134a. É especialmente relevante a necessidade de um óleo refrigerante que possa ser usado para um compressor alternado para compressão do refrigerante R134a. A Figura 1 mostra um esquema de um ciclo de refrigeração geral.
Tal como pode ser visto na Figura 1, um ciclo de refrigeração usado atualmente inclui: um evaporador 2 para efetuar uma operação de resfriamento à medida que um refrigerante em baixa temperatura e baixa pressão é evaporado; um compressor 4 para comprimir o refrigerante gasoso em baixa temperatura e baixa pressão descarregado a partir do evaporador 2 para um refrigerante gasoso a uma temperatura elevada e pressão elevada; um condensador 6 para mudar o refrigerante gasoso em temperatura elevada e pressão elevada descarregado a partir do compressor 4 para um refrigerante lí- quido em alta temperatura e alta pressão; e um tubo capilar 8 para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador 6 de forma a ser facilmente evaporado e transferi -lo para o evaporador 2. 0 refrigerante usado para o sistema de refrigeração é o R134a, e um óleo refrigerante usado para o compressor 4 deve possuir características físicas e químicas tais que ele se harmonize bem com o refrigerante R134a.
Isto é, o óleo refrigerante do sistema de refrigeração deve possuir características tais que ele proteja uma película de óleo suficientemente uniforme apesar de o refrigerante estar dissolvido, sendo ele suficientemente estável térmica e quimicamente de modo a não reagir apesar de estar em contato com um refrigerante ou um material orgânico, metal, etc., em uma temperatura elevada ou em baixa temperatura, possuindo um alto nível de estabilidade térmica, de forma a não gerar um sedimento de carbono nem ser oxidado em uma parte de alta temperatura do compressor.
Para atender a tais características, propriedades do lubrificante tais como sua viscosidade cinemática, ponto de escoamento, densidade, número ácido total, teor de água e similares, funcionam como fatores críticos.
Portanto, caso o óleo refrigerante usado para o sistema de refrigeração não esteja em harmonia com o refrigerante, a circulação de óleo é deteriorada para degradar um desempenho de transferência de calor do sistema de refrigeração e um desempenho de lubrificação, resultando em que partes sob atrito de cada peça móvel são desgastadas sendo portanto danificadas. Dessa forma, o desempenho do sistema de refrigeração é deteriorado.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Portanto, um objetivo da presente invenção é o de prover um sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado que seja capaz de melhorar um desempenho de lubrificação e um desempenho de um sistema de refrigeração pelo uso de um HFC, carbono fluoreto hidrogenado, como um refrigerante para o sistema de refrigeração e pelo uso de um óleo refrigerante bem harmonizado com o refrigerante de HFC para o compressor alternado.
Para atingir tais objetivos, é provido um sistema de refrigeração de um compressor alternado incluindo: um e-vaporador para efetuar uma operação de resfriamento à medida que um refrigerante é evaporado; um compressor alternado que inclui uma unidade de acionamento possuindo um estator consistindo de um estator externo fixado no interior de um recipiente hermético, um estator interno disposto com uma certa folga de ar em relação à uma superfície circunferencial interna do estator externo, e uma bobina de enrolamento enrolada em um dentre o estator externo e o estator interno, à qual é aplicada potência proveniente de uma fonte externa, um movimentador consistindo de magnetos dispostos em intervalos regulares entre o estator externo e o estator interno, e movimentados de forma linear e alternada quando energia é aplicada à bobina de enrolamento e a um quadro de magneto, em que os magnetos estão montados, para transmitir uma força de movimento linear recíproco para uma unidade de compres- são, uma unidade de compressão para efetuar uma operação de compressão sobre um refrigerante ao receber a força de movimento linear recíproco da unidade de acionamento, e uma unidade de lubrificação para suprir o lubrificante, um tipo de óleo mineral, a cada parte móvel da unidade de acionamento e da unidade de compressão e efetuar uma operação de lubrificação; um condensador para mudar o refrigerante comprimido no compressor alternado para um refrigerante líquido; e um tubo capilar para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador e transmiti-lo para o evaporador; em que o refrigerante é um refrigerante de HFC, um carbono flu-oreto hidrogenado compreendendo hidrogênio, flúor e carbono e não incluindo cloro, e o lubrificante é um lubrificante a base de éster, um tipo de fluido sintético, com uma elevada absorção de umidade e uma quantidade de água saturada de 1500 a 2000 ppm.
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, um aquecedor do tipo "L- ' cord" é montado em uma parte inferior do evaporador, do qual um fio de aquecimento ê revestido com um material de silício, e um material de revestimento feito de um material de alumínio é revestido sobre uma superfície circunferencial externa do mesmo.
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, é adicionalmente provido um controlador para variar uma capacidade de um compressor, dependendo de uma temperatura ambiente e do ambiente.
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, o controlador determina um valor de saída de acordo com uma diferença de fase entre uma corrente e uma voltagem.
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, o magneto é um magneto de Nd (neodímio).
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, o refrigerante possui um potencial de desgaste de ozônio (ODP) de zero e é incombustível .
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, o refrigerante é o HFC134a, com uma pureza acima de 99,9%, uma fórmula molecular de CF3CFH2 e um peso molecular de 102.
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, o lubrificante possui um peso específico de 0,93 a 0,99 g/cm3 a uma temperatura de 15°C e um número de ácido total abaixo de 0,01 mg de KOH/g.
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, o lubrificante possui um ponto de fulgor (flash point) abaixo de 240°C e uma viscosidade cinemãtica (cSt) de 10,0 a 22,5 mm2/s em uma temperatura de 40 °C.
No sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção, o lubrificante contém um aditivo, tal como um estabilizador ou um antioxidante, etc.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 ilustra a estrutura de um ciclo de refrigeração de um sistema de refrigeração geral; e A Figura 2 é uma vista em corte do compressor alternado geral. MODOS PARA EFETIVAR AS MODALIDADES PREFERIDAS A Figura 1 ilustra a estrutura de um ciclo de refrigeração de um sistema de refrigeração geral, e a Figura 2 é uma vista em corte do compressor alternado geral. 0 ciclo de refrigeração do sistema de refrigeração inclui: um evaporador 2 para efetuar uma operação de resfriamento à medida que um refrigerante líquido em baixa temperatura e baixa pressão é evaporado; um compressor 4 para comprimir o refrigerante gasoso a baixa temperatura e baixa pressão descarregado a partir do evaporador 2 para um refrigerante gasoso em alta temperatura e alta pressão; um con-densador 6 para mudar o refrigerante gasoso em alta temperatura e alta pressão descarregado a partir do compressor 4 para um refrigerante líquido a alta temperatura e alta pressão; e um tubo capilar 8 para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador 6 para que seja facilmente evaporado e transferi-lo para o evaporador. 0 sistema de refrigeração inclui um controlador (não mostrado) que determina um valor de saída de acordo com uma diferença de fase entre uma corrente e uma voltagem de modo a variar uma capacidade do compressor dependendo de uma temperatura ambiente e do ambiente. 0 evaporador 2 é um evaporador do tipo de tubo a-letado com um aquecedor do tipo "L-cord" (não mostrado) mon- tado em sua parte inferior. 0 aquecedor do tipo "L-cord" possui uma estrutura em que um fio de aquecimento e revestido com um material de silício e um material de revestimento feito de alumínio é revestido em sua superfície circunferen-cial externa.
Como pode ser visto na Figura 2, o compressor 4 inclui: um recipiente hermético 24 no qual se encontram um tubo de sucção 20, para sugar um refrigerante, e um tubo de descarga 22, para descarregar um refrigerante comprimido; uma unidade de acionamento 26 disposta no interior do recipiente hermético 24 e gerando uma força de movimentação alternada; uma unidade de compressão 28 para efetuar uma operação de compressão sobre o refrigerante ao receber uma força de movimentação alternada gerada a partir da unidade de acionamento 26; e uma unidade de lubrificação 30 para efetuar uma operação de lubrificação sobre cada peça móvel da unidade de acionamento 26 e da unidade de compressão 28. A unidade de acionamento 26 consiste de um estator 32 fixado no interior do recipiente hermético 24, e um movi-mentador 34 disposto em afastamento em relação ao estator 32 e movimento de forma linear e alternado por uma interação com o estator 32 quando energia é aplicada ao estator 32. 0 estator 32 inclui um estator cilíndrico externo 38 fixado por um quadro de suporte 36 fixado no interior do recipiente hermético 24, um estator interno 40 disposto com uma certa fresta de ar em relação a uma superfície circunfe-rencíal interna do estator externo 38, e uma bobina de enro- lamento 42 enrolada no interior do estator externo 38 à qual é aplicada energia proveniente de uma fonte externa. 0 movimentador 34 inclui um magneto 46 disposto com um certo espaço entre o estator externo 38 e o estator interno 40 e movimentado de forma linear e alternado quando energia ê aplicada à bobina de enrolamento 42, e um fixador de magneto 48 possuindo magnetos 46 montados em intervalos iguais em sua superfície circunferencial externa e estando conectado a um pistão 50 da unidade de compressão 28. A unidade de compressão 28 inclui um pistão 50 conectado ao fixador de magneto 48 e movimentado de forma linear e alternado; um cilindro 54 no qual o pistão 50 é inserido de forma deslizante para formar uma certa câmara de compressão 36; uma válvula de sucção 58 montada em uma passagem de refrigerante 56 formada no pistão 50 e impedindo um contra-fluxo do refrigerante após ser introduzido na câmara de compressão 52; e uma válvula de descarga 60 montada no lado frontal do cilindro 54 e efetuando uma operação de abertura e fechamento sobre um refrigerante comprimido. Ά unidade de lubrificação 30 inclui um lubrificante 62 cheio em uma certa quantidade na parte inferior do recipiente hermético 24; uma unidade de bombeamento de lubrificante 68 para bombear o lubrificante 62; e uma passagem de suprimento de lubrificante 64 para suprir o lubrificante 62 bombeado pela unidade de bombeamento de lubrificante 68 para uma parte em atrito entre o pistão 50 e o cilindro 54.
Será agora explicada a operação do sistema de refrigeração montado tal como foi acima descrito.
Quando o compressor 4 é acionado, o refrigerante gasoso a baixa temperatura e baixa pressão é comprimido a um refrigerante gasoso de alta temperatura e alta pressão, o qual é a seguir introduzido no condensador 6 e modificado para um refrigerante líquido. 0 refrigerante líquido descarregado a partir do condensador é descomprimido ao passar pelo tubo capilar 8 e a seguir transferido para o evaporador 2. Neste momento, o ar ê resfriado ao passar através do evaporador 2 e fornecido ao sistema de refrigeração, desse modo efetuando uma operação de resfriamento no mesmo. A operação do compressor alternado será agora descrita em detalhes.
Quando energia é aplicada à bobina de enrolamento 42, é formado um fluxo em torno da bobina de enrolamento 42, formando um enlace fechado ao longo do estator externo 38 e do estator interno 40. Pela interação do fluxo formado entre o estator externo 38 e o estator interno 40 e o fluxo formado pelo magneto 46, o magneto 46 é linearmente deslocado em uma direção axial. Quando a direção de uma corrente aplicada à bobina de enrolamento 42 é por sua vez modificada, o magneto 46 é movimentado de forma linear e alternado a medida que a direção do fluxo da bobina de enrolamento 42 é modificado. A seguir, o movimento do magneto 46 é transferido para o pistão 50 pelo fixador de magneto 48 e, assim sendo, o pistão 50 é movimentado de forma linear e alternado no interior do cilindro 54, efetuando desse modo uma operação de compressão sobre o refrigerante.
Isto é, quando o pistão 50 é recuado, o refrigerante introduzido no tubo de sucção 20 é suprido à câmara de compressão 52 através da passagem de sucção 56 formada no pistão 50. Enquanto isto, quando o pistão 50 avança, a passagem de sucção 56 ê fechada pela válvula de sucção 58, o refrigerante no interior da câmara de compressão 52 é comprimido e o refrigerante comprimido é descarregado para o exterior através do tubo de descarga 22.
Durante a operação de compressão, o lubrificante 62 preenchido no recipiente hermético 24 é bombeado de acordo com a operação da unidade de bombeamento de lubrificante 68 e suprido à parte em atrito entre o pistão 50 e o cilindro 54 através da passagem de suprimento de lubrificante 64, para uma operação de lubrificação.
Como o refrigerante comprimido pelo compressor alternado montado e operado tal como foi acima descrito, é usado principalmente o refrigerante HFC, um carbono fluoreto hidrogenado compreendendo hidrogênio, flúor e carbono, sem cloro, possuindo uma elevada eficiência energética e ODP (potencial de desgaste de ozônio) de zero, sendo incombustível e possuindo um baixo índice de aquecimento global e nenhuma toxicidade.
Especificamente, o R32, R143a e R152a, etc., são usados como o refrigerante de HFC, dos quais o HFC134a é usado preferivelmente para o corrente refrigerador, uma vez que ele apresenta uma pureza acima de 99,9 %, uma fórmula molecular de CF3CFH2 e um peso molecular de 102.
Como lubrificante do compressor alternado para o qual é usado o refrigerante de HFC134a, é usado um lubrificante a base de éster, um tipo de fluido sintético, uma vez que ele possui uma boa compatibilidade com o refrigerante e atende às características físicas e químicas. A densidade do lubrificante à base de éster é de preferência de 0,93 a 0,99 g/cm3 a uma temperatura de 15°C.
De preferência, um número de ácido total do lubrificante à base de éster fica abaixo de 0,01 mg de KOH/g. O número de ácido total do lubrificante, representando uma quantidade de um componente ácido contido em um óleo, indica uma quantidade de hidróxido de potássio necessária para neutralizar um componente ácido contido em 1 g de amostra do óleo pelo número de mg. Uma vez que o lubrificante usado para o refrigerador deve ser absolutamente neutro, o número de ácido total funciona como uma base para determinação de ura nível de deterioração do óleo refrigerante.
Um ponto de fulgor do lubrificante à base de éster varia dependendo do tamanho e tipo do compressor alternado. De preferência, ele fica abaixo de 240°C e pode estar abaixo de 165°C, abaixo de 175°C, abaixo de 185°C e abaixo de 200°C, de acordo com o tipo de compressor adotado. A viscosidade cinemática (cSt) do lubrificante à base de éster é de preferência de 10,0 a 22,5 mm2/s a uma temperatura de 40 °C.
Uma quantidade de água saturada do lubrificante à base de éster é de preferência de 1500 a 2000 ppm. A umidade contida no lubrificante deve ser mantida abaixo de um nível adequado pois ela causa congelamento, geração de sedimentos e corrosão.
Uma tensão de ruptura do lubrificante â base de éster fica de preferência acima de 30 KV.
Como foi acima descrito, o sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção apresenta vantagens pois, uma vez que ele usa o lubrificante à base de éster, um tipo de fluido sintético, com uma excelente compatibilidade com o refrigerante de HFC, um carbono fluoreto hidrogenado compreendendo hidrogênio, flúor e carbono sem cloro, o desempenho de lubrificação é melhorado, a vida útil do compressor alternado é prolongada e um desempenho do sistema de refrigeração pode ser melhorado.
Ficará claro para os técnicos na área que várias modificações e variações podem ser efetuadas no sistema de refrigeração possuindo um compressor alternado da presente invenção sem constituir um afastamento do espírito ou escopo da mesma. Dessa forma, é desejado que a presente invenção englobe as modificações e variações da mesma contanto que elas se insiram no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
REIVINDICAÇÕES
Claims (9)
1. Sistema de refrigeração de um compressor alternado compreendendo: um evaporador (20) para efetuar uma operação de resfriamento à medida que um refrigerante é evaporado; um compressor alternado (4) que inclui uma unidade de acionamento (26) possuindo um estator (32 )consistindo de um estator externo (38) fixado no interior de um recipiente hermético (24), um estator interno (40) disposto com uma certa folga de ar em relação a uma superfície circunferenci-al interna do estator externo e uma bobina de enrolamento (42) enrolada em um dentre o estator externo e o estator interno, à qual é aplicada energia proveniente de uma fonte externa, um movimentador (34) consistindo de magnetos (46) dispostos em intervalos regulares entre o estator externo e o estator interno e movimentados de forma linear e alternada quando energia é aplicada à bobina de enrolamento e a um quadro de magneto (48), em que os magnetos estão montados, para transmitir uma força de movimento linear reciproco para uma unidade de compressão (28), uma unidade de compressão para efetuar uma operação de compressão sobre um refrigerante ao receber a força de movimento linear recíproco da unidade de acionamento, e uma unidade de lubrificação (30) para suprir o lubrificante, um tipo de óleo mineral, a cada parte móvel da unidade de acionamento e da unidade de compressão e efetuar uma operação de lubrificação; um condensador (6) para mudar o refrigerante comprimido no compressor alternado para um refrigerante líquido ; e um tubo capilar (8) para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador e transmiti-lo para o evaporador; em que o refrigerante é um refrigerante de HFC, um carbono fluoreto hidrogenado compreendendo hidrogênio, flúor e carbono e não incluindo cloro, e o lubrificante é um lubrificante à base de éster, um tipo de fluido sintético, com uma elevada absorção de umidade e uma quantidade de água saturada de 1500 a 2000 ppm, o sistema de refrigeração sendo CARACTERIZADO pelo fato de que o refrigerante é o HFC134a, com uma pureza acima de 99,9 %, uma fórmula molecular de CF3CFH2 e um peso molecular de 102.
2. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um aquecedor do tipo "L-cord" é montado em uma parte inferior do evaporador, do qual um fio de aquecimento é revestido com um material de silício, e um material de revestimento feito de um material de alumínio é revestido sobre uma superfície circunferencial externa do mesmo.
3. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende um controlador para variar uma capacidade de um compressor, dependendo de uma temperatura ambiente e do ambiente .
4. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador determina um valor de saida de acordo com uma diferença de fase entre uma corrente e uma voltagem.
5. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o magneto é um magneto de Nd (neodimio).
6. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o refrigerante possui um potencial de desgaste de ozônio (ODP) de zero e é incombustível.
7. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante possui uma densidade de 0,93 a 0,99 g/cm3 a uma temperatura de 15°C e um número de ácido total abaixo de 0,01 mg de KOH/g.
8. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante possui um ponto de fulgor abaixo de 240°C e uma viscosidade cinemática (cSt) de 10,0 a 22,5 mm2/s em uma temperatura de 40 °C.
9. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante contém um aditivo, tal como um estabilizador ou um antioxi-dante.
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