PT1710435E - Refrigerant compressor - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIÇÃO "COMPRESSOR DE AGENTE REFRIGERANTE" A invenção refere-se a um compressor de agente refrigerante para instalações frigorificas, abrangendo pelo menos uma unidade de cilindro que comporta um corpo de cilindro e um pistão que executa um movimento de vaivém no interior do corpo de cilindro, uma cabeça de cilindro com uma câmara de admissão percorrida por um fluxo de admissão à unidade de cilindro, que será em número de pelo menos uma, e com uma câmara de escape percorrida pelo fluxo de escape da unidade de cilindro, que será em número de pelo menos uma, bem como uma válvula de comutação para interromper o fluxo de admissão.DESCRIPTION " REFRIGERANT AGENT COMPRESSOR " The invention relates to a refrigerant compressor for refrigerating plants, comprising at least one cylinder unit comprising a cylinder body and a piston which reciprocates within the cylinder body, a cylinder head having a the inlet chamber being driven by an inlet flow to the cylinder unit, which will be at least one, and with an exhaust chamber driven by the exhaust flow of the cylinder unit, which will be at least one number, and a switching valve to interrupt the intake flow.
Tais compressores de agente refrigerante ficaram a ser conhecidos pelo documento da US 2001/0011463 AI. Nestes compressores uma válvula de comutação cria a possibilidade de desligar permanentemente uma ou várias unidades de cilindro ou então ligá-las também permanentemente.Such refrigerant compressors have become known from US 2001/0011463 A1. In these compressors a switching valve creates the possibility of permanently disconnecting one or more cylinder units or permanently connecting them.
Esta solução só permite um comando do débito mássico em função da relação entre a cilindrada das unidades de cilindro desligadas e a cilindrada das unidades de cilindro a trabalhar.This solution only allows a command of the mass flow rate as a function of the ratio between the displacement of the unplugged cylinder units and the displacement of the cylinder units to be worked.
Por esse motivo a invenção tem o objectivo de melhorar um compressor de agente refrigerante do género em questão, de tal maneira que o mesmo possa ser operado em quaisquer gamas de carga parcial. 1Therefore, the invention aims to improve a refrigerant compressor of the kind in question in such a way that it can be operated in any partial load ranges. 1
Num compressor de agente refrigerante do género de início descrito este objectivo atinge-se pelo facto de estar previsto um comando para actuação da válvula de comutação, comando esse que para operar o compressor de agente refrigerante numa gama baixa de carga parcial opera a válvula de comutação por intervalos de comutação consecutivos, cada um dos quais abrange um intervalo de abertura e um intervalo de fecho da válvula de comutação, intervalos de comutação esses que são mais curtos do que o período de tempo mais curto após o qual a temperatura do vaporizador subiu de cerca de 10% após ter sido interrompido o fluxo de admissão e estando a instalação frigorífica a trabalhar. A vantagem da solução preconizada pela invenção reside no facto de a mesma abrir a possibilidade de operar um compressor de agente refrigerante, nomeadamente um compressor de pistões de movimento alternativo, a uma qualquer carga parcial dentro da gama baixa das cargas parciais, dado que a relação entre os intervalos de abertura e os intervalos de fecho dentro de cada intervalo de comutação faz com que o fluxo mássico a comprimir possa ser ajustado de uma maneira qualquer pretendida e sem escalonamento.In a refrigerant compressor of the above-described type, this object is achieved by the fact that a command is provided for actuating the switching valve, which command to operate the refrigerant compressor in a low partial load range operates the switching valve by consecutive switching intervals, each of which comprises an opening interval and a closing interval of the switching valve, which switching intervals are shorter than the shortest period of time after which the temperature of the vaporizer has risen by about 10% after the inlet flow has been interrupted and the refrigeration plant is working. The advantage of the solution according to the invention is that it opens the possibility of operating a refrigerant compressor, namely an reciprocating piston compressor, at any partial load within the low range of the partial loads, since the ratio between the opening intervals and the closing intervals within each switching interval causes the mass flow to be compressed to be adjusted in any desired and non-staggered manner.
Para tal escolhem-se em relação aos intervalos de comutação períodos de tempo que são suficientemente curtos, de modo que em consequência da inércia de reacção da instalação frigorífica de acordo com a invenção os intervalos de comutação só provocam oscilações de temperatura insignificantes no vaporizador da instalação frigorífica, oscilações essas que não afectam uma regulação precisa da temperatura. 2For this purpose, switching periods are chosen which are sufficiently short so that as a consequence of the reaction inertia of the refrigeration plant according to the invention the switching intervals only cause insignificant temperature fluctuations in the installation vaporizer which does not affect precise temperature regulation. 2
Em alternativa à solução atrás descrita está previsto num outro exemplo de realização de um compressor de agente refrigerante do género de inicio descrito um comando para actuação da válvula de comutação que, para operar o compressor de agente refrigerante numa gama baixa das cargas parciais, opera a válvula de comutação por intervalos de comutação consecutivos, cada um dos quais abrange um intervalo de abertura e um intervalo de fecho da válvula de comutação, intervalos de comutação aqueles que são mais curtos do que 10 segundos.As an alternative to the above described solution there is provided in a further example of a refrigerant compressor of the starting material described a command for actuating the switching valve which, in order to operate the refrigerant compressor in a low range of the partial loads, operates the switching valve by consecutive switching intervals, each of which comprises an opening gap and a closing interval of the switching valve, switching intervals those which are shorter than 10 seconds.
Uma tal limitação da duração dos intervalos de comutação faz igualmente com que de acordo com a invenção seja criada a possibilidade de operar o compressor de agente refrigerante na gama baixa das cargas parciais, com um qualquer ajuste dessa carga parcial, sem que ocorram variações de pressão na instalação frigorifica que possam afectar a qualidade de regulação da mesma.Such a limitation of the duration of the switching intervals also makes it possible according to the invention to operate the refrigerant compressor in the low range of the partial loads with any adjustment of that partial load without any pressure variations occurring in the refrigeration plant that may affect the quality of the regulation of the same.
Mais vantajoso será ainda que os intervalos de comutação sejam inferiores a cerca de 2 segundos.It will be even more advantageous if the switching intervals are less than about 2 seconds.
Para poder operar de maneira eficaz as válvulas de comutação está de um modo preferido previsto que os intervalos de comutação sejam mais longos do que cerca de 0,02 segundos.In order to be able to operate the switching valves effectively, it is preferred that the switching intervals are longer than about 0.02 seconds.
Mais vantajoso será que os intervalos de comutação sejam mais longos do que 0,05 segundos, e especialmente vantajoso será que os intervalos de comutação sejam mais longos do que 0,1 segundos.More advantageous is that the switching intervals are longer than 0.05 seconds, and especially advantageous is that the switching intervals are longer than 0.1 seconds.
Em termos de manobra da válvula de comutação será especialmente vantajoso que os intervalos de comutação 3 correspondam a uma frequência de comutação que é inferior à frequência própria da válvula de comutação.In terms of switching valve switching it will be especially advantageous if the switching intervals 3 correspond to a switching frequency which is lower than the frequency of the switching valve itself.
Melhor ainda será que os intervalos de comutação correspondam a uma frequência de comutação que é menor de um factor de mais de 5 do que a frequência própria da válvula de comutação.Better still, the switching intervals correspond to a switching frequency which is less than a factor of more than 5 than the frequency of the switching valve itself.
Fundamentalmente seria pensável fazer com que na gama baixa das cargas parciais fosse desligada por acção do comando de acordo com a invenção uma parte das unidades de cilindro e só fosse operada uma parte das unidades de cilindro com os intervalos de comutação referidos.Fundamentally it would be conceivable to have part of the cylinder units switched off by the action of the control in the low range of the partial loads and only part of the cylinder units with the said switching intervals operated.
Uma solução especialmente conveniente prevê no entanto que na gama baixa das cargas parciais o comando opere todas as unidades de cilindro do compressor de agente refrigerante com os intervalos de comutação referidos.An especially convenient solution however provides that in the low range of the partial loads the control operates all the cylinder units of the refrigerant compressor with the said switching intervals.
Além disso será pensável desligar também na gama alta das cargas parciais só uma parte das unidades de cilindro e operar uma outra parte das unidades de cilindro com os intervalos de comutação referidos.Furthermore, it will be conceivable to switch off only part of the cylinder units in the high part load range and to operate another part of the cylinder units with the said switching intervals.
Especialmente vantajoso será no entanto que o comando opere em toda a gama de cargas parciais todas as unidades de cilindro com os intervalos de comutação referidos.It will be especially advantageous however if the control operates in the full range of partial loads all the cylinder units with the said switching intervals.
No que se refere à duração dos intervalos de comutação podem imaginar-se as mais variadas soluções. Assim, uma variante especialmente vantajosa em termos da sua simplicidade é a de o 4 comando trabalhar com dois intervalos de comutação de temporização constante.As regards the duration of the switching intervals, the most varied solutions can be imagined. Thus, a particularly advantageous variant in terms of its simplicity is that the control operates with two constant-time switching intervals.
Uma outra solução vantajosa prevê que o comando dos intervalos de comutação varie em função da velocidade de accionamento do compressor de agente refrigerante.A further advantageous solution provides that the control of the switching intervals varies as a function of the drive speed of the refrigerant compressor.
No que se refere à configuração da válvula de comutação não se deram até agora indicações mais pormenorizadas.As far as the configuration of the switching valve is concerned, no more detailed information has been given so far.
Assim, seria pensável configurar a válvula de comutação de tal maneira que a mesma actua directamente sobre o fluxo de admissão, por exemplo através de um comando por electroiman.Thus, it would be feasible to configure the switching valve in such a way that it acts directly on the inlet flow, for example through an electromagnet drive.
Devido às elevadas forças necessárias para actuar a válvula verificou-se no entanto ser vantajoso que a válvula de comutação seja uma servoválvula.Due to the high forces required to actuate the valve it has however been found advantageous that the switching valve is a servo valve.
Neste contexto será especialmente vantajoso que a servoválvula comporte um corpo de válvula que pode ser actuado por uma pressão relacionada com a pressão que reina na câmara de escape.In this context it will be especially advantageous if the servo valve comprises a valve body which can be actuated by a pressure related to the pressure reigning in the exhaust chamber.
Para assegurar que o corpo de válvula não assuma automaticamente a posição final que a pressão que reina na câmara de escape provoca, está de um modo preferido previsto que o corpo de válvula seja actuado por um acumulador de energia elástico que actua sobre o corpo de válvula na direcção oposta à da pressão.To ensure that the valve body does not automatically assume the final position as the pressure reigning in the exhaust chamber causes, it is preferably provided that the valve body is actuated by an elastic energy accumulator acting on the valve body in the opposite direction of the pressure.
No que se refere à actuação do corpo de válvula por acção da pressão que reina na câmara de escape, podem imaginar-se as 5 mais diversas soluções em termos de construção. Assim, por exemplo, seriam pensáveis soluções que integram membranas actuadas pela pressão que reina na câmara de escape.As far as the actuation of the valve body by the pressure reigning in the exhaust chamber is concerned, the various construction solutions can be envisaged. Thus, for example, solutions integrating membranes actuated by the pressure reigning in the exhaust chamber would be conceivable.
Uma solução especialmente conveniente prevê que o corpo de válvula esteja acoplado a um pistão de comutação guiado no interior do corpo do cilindro de comutação, pistão sobre o qual actua uma pressão relacionada com a pressão que reina na câmara de escape e que faz então actuar o corpo de válvula.A particularly convenient solution provides that the valve body is coupled to a switching piston guided within the body of the switching cylinder, piston on which a pressure related to the pressure reigns in the exhaust chamber and then acting valve body.
No que se refere a actuação do pistão de comutação verificou-se ser vantajoso que esse pistão de comutação e o corpo do cilindro de comutação se encerrem entre si uma câmara de cilindro de comutação e que a pressão no interior da câmara de cilindro de comutação seja controlável.With regard to the actuation of the switching piston it has been found advantageous that said switching piston and the switching cylinder body are enclosed with one another a switching cylinder chamber and that the pressure within the switching cylinder chamber is controllable.
Além disso será vantajoso, por motivos relacionados com a construção, que o corpo de válvula e o pistão de comutação formem uma unidade que é guiada no interior do corpo do cilindro de comutação. Além disso será vantajoso numa servoválvula do género em questão que a mesma comporte uma válvula piloto que pode ser actuada pelo comando.Furthermore, it will be advantageous, for reasons related to the construction, for the valve body and the switching piston to form a unit which is guided inside the body of the switching cylinder. In addition, it will be advantageous in a servo valve of the kind in question that it comprises a pilot valve which can be actuated by the control.
Uma válvula piloto deste género terá por exemplo a configuração de uma válvula electromagnética de comando eléctrico e de reacção rápida ou a de uma válvula com uma constituição equivalente.A pilot valve of this kind will have, for example, the configuration of an electromagnetic valve of electric control and rapid reaction or that of a valve of an equivalent constitution.
Para operar a servoválvula está previsto de acordo com um exemplo de realização vantajoso que a válvula piloto abra e feche um canal de comunicação entre a câmara do cilindro de comutação e a câmara de escape, de modo que de uma maneira 6 simples se torna possível fazer actuar o pistão de comutação pelo fluido que se encontra sob pressão na câmara de escape.In order to operate the servo valve it is provided according to an advantageous embodiment that the pilot valve opens and closes a communication channel between the chamber of the switching cylinder and the exhaust chamber, so that in a simple manner it is possible to make actuating the switching piston by the fluid under pressure in the exhaust chamber.
Para numa servoválvula do género apontado conseguir uma frequência própria tão alta quanto possível e em virtude disso tempos de comutação curtos, está de um modo preferido previsto que a frequência própria da unidade formada pelo pistão de comutação, pelo corpo de válvula e pelo acumulador de energia elástico corresponda no mínimo à frequência própria da válvula de comutação.For a servo valve of the type aimed to achieve its own frequency as high as possible and by virtue of this short switching times, it is preferably provided that the frequency of the unit formed by the switching piston, the valve body and the energy accumulator at least the proper frequency of the switching valve.
Uma frequência própria tão alta da válvula de comutação consegue-se obter nomeadamente quando o pistão de comutação for fabricado a partir de um material leve.Such a high frequency of the switching valve is achieved in particular when the switching piston is manufactured from a light material.
Um tal material leve pode por exemplo ser uma liga leve ou também uma matéria sintética, que por sua vez poderá por exemplo ser também uma matéria sintética reforçada com fibras.Such a lightweight material may for example be a light alloy or also a synthetic material, which in turn may for example be also a fiber-reinforced synthetic material.
Mais outra forma de configuração vantajosa do pistão de comutação prevê que o mesmo tenha a configuração de um corpo oco, de modo que também em virtude dessa característica se consegue obter uma elevada frequência própria da unidade formada pelo pistão de comutação, pelo corpo de válvula e pelo acumulador de energia elástico.Yet another advantageous configuration of the switching piston is that it has the configuration of a hollow body, so that also by virtue of this characteristic a high frequency can be obtained from the unit formed by the switching piston, the valve body and by the elastic energy accumulator.
Outras características e vantagens da invenção constituem o objecto da descrição que se segue, bem como da ilustração por meio de desenhos de alguns exemplos de realização.Other features and advantages of the invention form the object of the following description, as well as the illustration by means of drawings of some examples.
No desenho mostra-se na: 7 instalaçãoIn the drawing it is shown in the: 7 installation
Fig. 1 uma representação esquemática de uma frigorifica de acordo com a invenção;Fig. 1 is a schematic representation of a refrigerator according to the invention;
Fig. 2 um corte transversal ao longo da linha 2-2 de um compressor de agente refrigerante da instalação frigorifica de acordo com a invenção;Fig. 2 is a cross-section along the line 2-2 of a refrigerant compressor of the refrigerating plant according to the invention;
Fig. 3 uma válvula de comutação integrada numa cabeça de cilindro, em corte, encontrando-se o corpo da válvula de comutação na posição aberta;3 shows a switching valve integrated in a cylinder head, in section, the valve body being in the open position;
Fig. 4 um corte semelhante ao da fig. 3, estando o corpo da válvula de comutação na posição fechada;Fig. 4 is a section similar to that of Fig. 3, the switching valve body being in the closed position;
Fig. 5 uma representação esquemática de um intervalo de comutação, abrangendo um intervalo de abertura e um intervalo de fecho;Fig. 5 is a schematic representation of a switching interval, comprising an opening interval and a closing interval;
Fig. 6 uma representação esquemática do comportamento da temperatura do vaporizador da instalação frigorífica quando a compressão do agente refrigerante for interrompida;Fig. 6 is a schematic representation of the temperature behavior of the vaporizer of the refrigerating plant when the compression of the refrigerant is interrupted;
Fig. 7 um corte equivalente ao da fig. 3 de um segundo exemplo de realização de um compressor de agente refrigerante de acordo com a invenção, eFig. 7 is a section equivalent to that of Fig. 3 of a second embodiment of a refrigerant compressor according to the invention, and
Fig. 8 um corte equivalente ao da fig. 4 do segundo exemplo de realização de um compressor de agente refrigerante de acordo com a invenção. 8Fig. 8 is a section equivalent to that of Fig. 4 of the second embodiment of a refrigerant compressor according to the invention. 8
Um exemplo de realização de uma instalação frigorifica de acordo com a invenção, designada no seu todo por 10, abrange um compressor 12 de agente refrigerante de cuja ligação 14 de alta pressão sai uma conduta 16 com destino a um condensador designado no seu todo por 18, no qual o agente refrigerante comprimido condensa pela dissipação de calor.An exemplary embodiment of a refrigeration plant according to the invention, designated in its entirety by 10, comprises a refrigerant compressor 12 from the high pressure connection 14 of which leaves a conduit 16 towards a condenser designated as a whole by 18 , in which the compressed refrigerant condenses by the dissipation of heat.
Do condensador 18 o agente refrigerante no estado liquido flúi através de uma conduta 20 para um colector 22, no qual o agente refrigerante no estado liquido se acumula e a partir do qual esse agente flúi então através de uma conduta 28 para uma válvula 30 de expansão de um vaporizador 32.From the condenser 18 the coolant in the liquid state flows through a conduit 20 to a manifold 22, in which the liquid refrigerant builds up and from which it then flows through a conduit 28 to an expansion valve 30 of a vaporizer 32.
Depois de percorrer o vaporizador 32, o agente refrigerante vaporizado flúi através de uma conduta 34 para a ligação 36 de baixa pressão do compressor 12 de agente refrigerante.After flowing through the vaporizer 32, the vaporized refrigerant flows through a conduit 34 into the low pressure port 36 of the refrigerant compressor 12.
Como se encontra representado na fig. 2, o compressor 12 de agente refrigerante de acordo com a invenção tem a configuração de um compressor de êmbolos de movimento alternativo e abrange uma carcaça 40 de compressor, na qual estão previstas duas bancadas 42a e 42b de cilindros, dispostas uma em relação à outra em forma de V, bancadas essas cada uma das quais abrange pelo menos uma, no entanto nomeadamente duas ou mais unidades 44 de cilindro.As shown in Fig. 2, the refrigerant compressor 12 according to the invention has the configuration of an reciprocating piston compressor and comprises a compressor housing 40, in which two roller beds 42a and 42b are provided, arranged relative to one another in the form of V, which benches each comprise at least one, however in particular two or more cylinder units 44.
Cada uma destas unidades 44 de cilindro é formada por um corpo 46 de cilindro, dentro da qual um pistão 48 executa um movimento de vaivém, e isto devido ao facto de o pistão 48 poder ser movido por uma biela 50, que por sua vez assenta num excêntrico 52 de um veio 54 de excêntricos, que é accionado por exemplo por um motor eléctrico 55. 9 0 corpo 46 de cilindro de cada uma das unidades 44 de cilindro é fechado por uma placa 56 de válvulas sobre a qual está disposta uma cabeça 58 de cilindro.Each of these cylinder units 44 is formed by a cylinder body 46, within which a piston 48 reciprocates, in that the piston 48 can be moved by a connecting rod 50, which in turn rests on a cam 52 of a camshaft 54 which is actuated for example by an electric motor 55. The cylinder body 46 of each of the cylinder units 44 is closed by a valve plate 56 on which is disposed a head 58 of cylinder.
Nesta configuração a placa 56 de válvulas cobre de um modo preferido não só um corpo 4 6 de cilindro de uma bancada 42 de cilindros, mas todos os corpos 46 de cilindro da respectiva bancada 42 de cilindros, e do mesmo modo a cabeça 58 de cilindro cobre igualmente todos os corpos 46 de cilindro da respectiva bancada 42 de cilindros. A carcaça 40 do compressor abrange além disso ainda um canal 60 de admissão que se encontra em comunicação com a ligação 36 de baixa pressão, canal esse que está por exemplo integrado na carcaça 40 do compressor.In this configuration the valve plate 56 preferably covers not only a cylinder body 46 of a cylinder bed 42 but all the cylinder bodies 46 of the respective cylinder bed 42, and in the same way the cylinder head 58 also covers all the cylinder bodies 46 of the respective cylinder bed 42. The compressor housing 40 further comprises an inlet channel 60 which is in communication with the low pressure port 36, which channel is for example integrated into the housing 40 of the compressor.
Como se encontra representado em ampliação na fig. 3, cada bancada 42 de cilindros está associada a uma válvula de comutação, designada no seu todo por 70, que serve para interromper o fluxo 74 de admissão de agente refrigerante, que atravessou a placa 56 de válvulas a partir do canal 60 de admissão e entrou para dentro da respectiva cabeça 58 de cilindro, ou mais precisamente para dentro de uma câmara 72 de admissão do mesmo.As shown in enlargement in Fig. 3, each cylinder bed 42 is associated with a switching valve, designated as a whole by 70, which serves to interrupt the refrigerant inlet flow 74, which has passed through the valve plate 56 from the inlet channel 60 and has entered into the respective cylinder head 58, or more precisely into an inlet chamber 72 thereof.
Quando a válvula 70 de comutação estiver aberta, o fluxo 74 de admissão tem a possibilidade de, através de uma abertura 76 de admissão prevista na placa 56 de válvulas e de uma válvula 78 de admissão prevista na placa 56 de válvulas, entrar numa câmara 80 de cilindro delimitada pelo respectivo pistão 48 e pelo respectivo corpo 46 de cilindro, bem como pela placa 56 de 10 válvulas, para ser comprimido nesta câmara por acção do movimento alternativo do pistão 48, de modo que através de uma abertura 82 de escape e de uma válvula 84 de escape pode sair da câmara 80 do cilindro um fluxo 86 de escape, que entra numa câmara 88 de escape da cabeça 58 do cilindro. A válvula 70 de comutação tem a configuração de uma servoválvula que está montada na cabeça 58 do cilindro, comportando um corpo 90 de válvula, mediante o qual é possível fechar uma abertura 92 de admissão da câmara 72 de admissão, que está prevista na placa 56 de válvulas. O corpo 90 de válvula está além disso ligado a um pistão 94 de comutação, que é guiado dentro de um corpo 96 de cilindro de comutação, de modo que o pistão 94 de comutação pode ser movido na direcção da placa 56 de válvulas por acção de uma pressão reinante na câmara 98 do cilindro de comutação, para deste modo tapar a abertura 92 de admissão daquela placa.When the switching valve 70 is open, the inlet flow 74 has the possibility, through an inlet aperture 76 provided in the valve plate 56 and an inlet valve 78 provided in the valve plate 56, to enter a chamber 80 of the cylinder delimited by the respective piston 48 and the respective cylinder body 46, as well as by the valve plate 56, to be compressed in this chamber by the reciprocating motion of the piston 48, so that through an exhaust port 82 and an exhaust valve 84 can exit from the cylinder chamber 80 an exhaust flow 86, which enters an exhaust chamber 88 of the cylinder head 58. The switching valve 70 has the configuration of a servo valve which is mounted on the cylinder head 58, comprising a valve body 90, through which it is possible to close an inlet opening 92 of the intake chamber 72, which is provided on the plate 56 of valves. The valve body 90 is furthermore connected to a switching piston 94, which is guided within a switching cylinder body 96, so that the switching piston 94 can be moved towards the valve plate 56 by the action of a pressure prevailing in the chamber 98 of the switching cylinder, in order thereby to cover the inlet opening 92 of that plate.
Uma unidade 100 de cilindro de comutação formada pelo corpo 96 de cilindro de comutação, pelo pistão 94 de comutação e pela câmara 98 do cilindro de comutação, unidade essa que está integrada na cabeça 58 de cilindro, pode ser comandada por intermédio de uma válvula 110 de comando que abrange um pistão 112 de comando movido por efeito electromagnético, pistão esse mediante o qual pode ser tapada uma sede 114 de válvula de comando, estando o pistão 112 de comando e a sede 114 de válvula de comando previstos para interromper ou abrir uma ligação para o cilindro 100 de comutação que está compreendida entre um canal 116 de pressão, que conduz à câmara 88 de escape, e um canal 118 de admissão de pressão, que conduz à câmara 98 do cilindro de comutação. 11A switching cylinder unit 100 formed by the switching cylinder body 96, the switching piston 94 and the switching cylinder chamber 98, which unit is integrated in the cylinder head 58, can be controlled by means of a valve 110 which comprises a control piston 112 driven by electromagnetic effect, which piston by which a control valve seat 114 may be covered, the control piston 112 and the control valve seat 114 being provided to interrupt or open a control valve connection to the switching cylinder 100 which is comprised between a pressure channel 116 leading to the exhaust chamber 88 and a pressure inlet channel 118 leading to the chamber 98 of the switching cylinder. 11
Sendo aberta a ligação entre o canal 116 de alta pressão e o canal 118 de admissão de pressão, passa a reinar na câmara 98 do cilindro de comutação a alta pressão existente na câmara 88 de escape, e em consequência disso o pistão 94 de comutação move-se na direcção da placa 56 de válvulas e prime o corpo 90 de válvula de encontro a essa placa, para tapar a abertura 92 de admissão existente na placa 56 de válvulas.As the connection between the high pressure channel 116 and the pressure inlet channel 118 is open, it starts to reign in the chamber 98 of the high pressure switching cylinder in the exhaust chamber 88, and as a result the switching piston 94 moves in the direction of the valve plate 56 and presses the valve body 90 against that plate to plug the intake port 92 in the valve plate 56.
Durante este movimento actua contra a força exercida sobre o pistão 94 de comando, por acção da alta pressão que reina na câmara 98 do cilindro de comutação, a força de um acumulador 120 de energia, que é elástico e que de um dos lados se apoia no corpo 96 do cilindro de comutação e do outro lado actua sobre o pistão 94 de comutação, de tal maneira que este se afasta da placa 56 de válvulas, movendo assim o corpo 90 de válvula para uma posição que destapa a abertura 92 de admissão. O pistão 94 de comutação está nomeadamente provido de um canal 122 de descarga de pressão, que liga um orifício virado para a câmara 98 do cilindro de comutação com um orifício 124 de escape, representado na fig. 4, orifício este que na posição do corpo 90 de válvula e do pistão 94 de comutação que tapa a abertura 92 de admissão desemboca na câmara 72 de admissão. O canal 124 de descarga de pressão faz com que, em caso de interrupção da ligação entre o canal 116 de alta pressão e o canal 118 de admissão de pressão, a pressão no interior da câmara 98 do cilindro de comutação caia rapidamente, pelo que, sob o efeito do acumulador de energia elástico 120, o pistão 94 de comutação se move em conjunto com o corpo 90 de válvula para uma posição de desbloqueamento da abertura 92 de admissão, que se encontra representada na fig. 3. 12 A válvula 70 de comutação pode ser comandada pelo comando 130 representado na fig. 1, de tal maneira que esse comando abre e fecha a válvula 70 de comutação durante intervalos SI de comutação que se seguem continuamente uns aos outros, comportando cada um dos intervalos SI de comutação um intervalo de abertura O, no qual o corpo 90 de válvula permite na sua posição de desbloqueamento a passagem do fluxo 74 de admissão através da abertura 92 de afluxo, bem como um intervalo de fecho S, no qual o corpo 90 de válvula, tal como se encontra representado na fig. 4, bloqueia na sua posição de fecho a passagem do fluxo 74 de admissão através da abertura 92 de afluxo.During this movement it acts against the force exerted on the control piston 94 by the high pressure reigning in the chamber 98 of the switching cylinder, the force of an energy accumulator 120, which is elastic and which on one side rests in the body 96 of the switching cylinder and on the other side acts on the switching piston 94 in such a way that it moves away from the valve plate 56, thus moving the valve body 90 to a position which opens the inlet opening 92. The switching piston 94 is in particular provided with a pressure relief channel 122 which connects a bore facing the chamber 98 of the switching cylinder with an exhaust port 124, shown in Fig. 4, which hole in the position of the valve body 90 and the switching piston 94 which closes the intake port 92 opens into the intake chamber 72. The pressure relief channel 124 causes the pressure within the chamber 98 of the switching cylinder to drop rapidly in the event of interruption of the connection between the high pressure channel 116 and the pressure inlet channel 118, under the effect of the elastic energy accumulator 120, the switching piston 94 moves in conjunction with the valve body 90 to an unlocking position of the inlet opening 92, which is shown in Fig. 3. The switching valve 70 can be controlled by the control 130 shown in Fig. 1, in such a way that this command opens and closes the switching valve 70 during continuously switching intervals SI, each of the switching intervals SI having an opening gap O in which the valve body 90 allows in its unlocking position the passage of the inlet flow 74 through the inflow port 92, as well as a closure gap S, in which the valve body 90, as shown in Fig. 4, locks in the closed position the passage of the inlet flow 74 through the inflow port 92.
Dentro da duração de cada intervalo SI de comutação torna-se então possível ajustar para todas as gamas de carga parcial a duração do intervalo de abertura O e a do intervalo de fecho S de modo a esses intervalos serem variáveis um em relação ao outro, por forma a que o intervalo de abertura O se torna maior do que o intervalo de fecho ou vice-versa.Within the duration of each switching interval SI it is then possible to adjust for the all partial load ranges the duration of the opening interval O and that of the closing interval S so that these intervals are variable relative to each other, so that the opening interval O becomes greater than the closing interval or vice versa.
No caso extremo o intervalo de abertura O pode no essencial estender-se por toda a duração do intervalo de comutação SI, enquanto que o intervalo de fecho S se torna tão pequeno quanto pretendido ou inversamente também o intervalo de fecho S pode no essencial estender-se por toda a duração do intervalo de comutação SI, de modo que o intervalo de abertura O se torna tão pequeno quanto pretendido.In the extreme case the opening interval O can essentially extend over the entire duration of the switching interval SI, while the closing interval S becomes as small as desired or inversely also the closing interval S can in essence extend the entire length of the switching interval SI is such that the opening interval O becomes as small as desired.
Uma vez que na instalação frigorífica 10 de acordo com a invenção se verifica regra geral através da válvula 30 de expansão uma vaporização contínua de agente refrigerante no 13 estado liquido, uma interrupção da compressão do agente refrigerante por acção do compressor 12 de agente refrigerante provoca uma subida da temperatura T no vaporizador 32.Since in the refrigerating plant 10 according to the invention, there is generally a flow of refrigerant in the liquid state, through the expansion valve 30, an interruption of the compression of the refrigerant by the refrigerant compressor 12 causes a rising temperature T in the vaporizer 32.
No sistema existe contudo uma certa inércia de reacção, de modo que em caso de interrupção da aspiração de agente refrigerante a partir do vaporizador 32 a temperatura T desse vaporizador 32 não sobe imediatamente, necessitando, tal como se encontra representado na fig. 6, de um periodo de tempo Z para subir de um valor D.In the system, however, there is a certain degree of reaction inertia, so that in the event of interruption of the aspiration of refrigerant from the vaporizer 32 the temperature T of that vaporizer 32 does not rise immediately, necessitating, as shown in Fig. 6, from a period of time Z to rise from a value D.
Enquanto o valor D está situado numa gama de valores inferior a 10% de uma temperatura inicial Tfl do vaporizador, estas oscilações são irrelevantes para o funcionamento da instalação frigorifica de acordo com a invenção.While the D value is within a range of values less than 10% of an initial vaporizer temperature Tfl, these oscillations are irrelevant to the operation of the refrigeration system according to the invention.
Por esse motivo o intervalo de comutação SI é escolhido de tal maneira que o mesmo é mais curto do que o periodo de tempo Z que decorre até que a temperatura T do vaporizador 32 subir a partir de uma temperatura TA- do vaporizador 32 de um valor D de cerca de 10%, melhor ainda de cerca de 5%, quando houver uma interrupção brusca na aspiração de agente refrigerante a partir do vaporizador 32 e da alimentação de fluido sob alta pressão na ligação 14 de alta pressão.For this reason the switching interval SI is chosen such that it is shorter than the period of time Z which elapses until the temperature T of the vaporizer 32 rises from a temperature TA- of the vaporizer 32 of a value D ratio of about 10%, still more preferably about 5%, when there is a sudden withdrawal of the refrigerant from the vaporizer 32 and the high pressure fluid feed into the high pressure connection 14. In FIG.
Deste modo fica assegurado que os intervalos de abertura O e os intervalos de fecho S dentro de cada intervalo de comutação SI tenham efeitos pouco significativos sobre o funcionamento da instalação frigorifica, só provocando ligeiras oscilações de temperatura do vaporizador 32 da instalação frigorifica de acordo com a invenção. 14In this way it is ensured that the opening intervals O and the closing intervals S within each switching interval SI have little effect on the operation of the refrigeration plant, only causing slight temperature oscillations of the vaporizer 32 of the refrigeration plant according to the invention. invention. 14
Vulgarmente os períodos de tempo dos intervalos de comutação SI estão situados dentro de gamas que são mais curtas do que cerca de 10 segundos, melhor ainda mais curtas do que cerca de 2 segundos.Ordinarily, the time periods of the SI switching intervals are within ranges which are shorter than about 10 seconds, better still shorter than about 2 seconds.
Por outro lado, para assegurar intervalos de abertura O suficientemente longos, os intervalos de comutação são mais longos do que cerca de 0,02 segundos, melhor ainda mais longos do que 0,05 segundos, e de um modo preferido mais longos do que 0,1 segundos.On the other hand, to ensure sufficiently long opening intervals, the switching intervals are longer than about 0.02 seconds, better still longer than 0.05 seconds, and preferably longer than 0 , 1 seconds.
Uma gama operacional preferida prevê intervalos de comutação SI cuja duração está situada entre 0,1 e 10 segundos.A preferred operating range includes SI switching ranges whose duration is between 0.1 and 10 seconds.
Para assegurar intervalos de comutação SI tão curtos, está de um modo preferido previsto que os pistões 94 de comutação tenham, em conjunto com o corpo 90 de válvula e os acumuladores de força elásticos 120, no seu todo uma frequência própria que é maior do que a frequência correspondente aos intervalos de comutação SI máximos, de modo que os pistões 94 de comutação estão em condições de realizar dentro dos intervalos de comutação SI, no essencial sem retardamento, tanto os intervalos de abertura O como também os intervalos de fecho S.To ensure such short switching intervals SI, it is preferably provided that the switching pistons 94, in conjunction with the valve body 90 and the elastic accumulators 120, are in their entirety a separate frequency which is greater than the frequency corresponding to the maximum switching intervals SI, so that the switching pistons 94 are able to perform within the switching intervals SI, essentially without delay, both the opening intervals O as well as the closing intervals S.
De um modo preferido as frequência próprias dos sistemas compostos pelo pistão 94 de comutação, pelo corpo 90 de válvula e pelo acumulador de energia elástico 120 são maiores de um factor de pelo menos 5 ou, melhor ainda, de pelo menos 10, que as frequências que correspondem aos intervalos de comutação SI.Preferably the specific frequencies of the systems composed of the switching piston 94, the valve body 90 and the elastic energy accumulator 120 are greater by a factor of at least 5 or, better still, by at least 10, that the frequencies which correspond to SI switching intervals.
Para realizar este propósito está de um modo conveniente previsto que o pistão 94 de comutação seja feito de um material 15 ligeiro, por exemplo de um metal leve ou de uma matéria sintética, para só ser necessário mover massas pequenas.To accomplish this purpose, it is advantageously provided that the switching piston 94 is made of a light material, for example a light metal or a synthetic material, so that only small masses need to be moved.
Num segundo exemplo de realização de um compressor de agente refrigerante de acordo com a invenção, representado nas fig. 7 e 8, os pistões 94' de comutação têm a configuração de corpos ocos, para deste modo conseguir uma massa tão pequena quanto possível e em consequência disso uma frequência própria tão alta quanto possível. A solução preconizada pela invenção prevê por exemplo uma destas válvulas 70 de comutação por cada bancada de cilindros, de modo que existe a possibilidade de cortar o fluxo de admissão para todas as unidades 44 de cilindro de uma bancada 42 de cilindros. É no entanto também pensável posicionar uma tal válvula 70 de comutação de modo a que a mesma comande o fluxo 7 4 de admissão a todas as unidades 44 de cilindro de todo o compressor de agente refrigerante.In a second embodiment of a refrigerant compressor according to the invention, shown in FIGS. 7 and 8, the switching pistons 94 'have the configuration of hollow bodies, in order to achieve a mass as small as possible and as a consequence of its own frequency as high as possible. The solution advocated by the invention provides, for example, one of these switching valves 70 for each cylinder bed, so that there is the possibility of cutting the intake flow for all cylinder units 44 of a cylinder bed 42. It is however also conceivable to position such a switching valve 70 so that it commands the inlet flow 74 to all of the cylinder units 44 of the entire refrigerant compressor.
De acordo com uma solução vantajosa o comando 130 efectua pelo menos numa gama baixa de cargas parciais, isto é, numa gama compreendida entre cerca de 1% e cerca de 30% do caudal mássico máximo o comando de todas as unidades 4 4 de cilindro com os mesmos intervalos de comutação.According to an advantageous solution the control 130 performs at least a low range of partial loads, i.e., in the range of from about 1% to about 30% of the maximum mass flow rate, the control of all cylinder units 44 with the same switching intervals.
Mas também em gamas mais altas da carga parcial, por exemplo numa gama alta de cargas parciais situada entre cerca de 30% e 100% do caudal mássico máximo, será vantajoso operar todas as unidades 44 de cilindro com os mesmos intervalos de comutação para assim evitar problemas de equilibragem do compressor de 16 pistões de movimento alternativo, que ocorrem durante um corte integral de todas as unidades 44 de cilindro.But also at higher partial load ranges, for example at a high partial load range of between about 30% and 100% of the maximum mass flow rate, it will be advantageous to operate all the cylinder units 44 at the same switching intervals in order to avoid problems of balancing the reciprocating piston compressor occurring during an integral cut of all of the cylinder units 44.
Quando o compressor 12 de agente refrigerante for operado na gama da plena carga o comando 130 está em condições de comandar a válvula 70 de comutação de tal maneira que o corpo 90 de válvula está permanentemente na posição de desbloqueamento da abertura 92 de afluxo, de modo que o fluxo 74 de admissão pode fluir para todas as unidades 44 de cilindro da bancada 42 de cilindros em questão.When the refrigerant compressor 12 is operated in the full load range the controller 130 is able to command the switching valve 70 in such a way that the valve body 90 is permanently in the unlocking position of the inflow port 92, that the inlet flow 74 may flow to all cylinder units 44 of the cylinder bed 42 in question.
Neste caso o caudal mássico máximo de agente refrigerante é comprimido até atingir a alta pressão H.In this case the maximum mass flow rate of the refrigerant is compressed until it reaches the high pressure H.
Existe também a possibilidade de, numa gama de carga nula, comandar a válvula 70 de comutação de tal maneira que o corpo 90 de válvula fica permanentemente na posição em que tapa a abertura 92 de afluxo. Neste caso não há no essencial nenhuma compressão do caudal mássico de agente refrigerante. Só é comprimido o caudal mássico que flúi através do canal 116 de pressão e do canal 118 de admissão da pressão, bem como do caudal 122 de descarga da pressão.There is also the possibility, in a zero load range, to command the switching valve 70 in such a way that the valve body 90 is permanently in the position in which the inflating port 92 is closed. In this case, there is essentially no compression of the mass flow rate of the refrigerant. Only the mass flow rate flowing through the pressure channel 116 and the pressure inlet channel 118, as well as the pressure discharge flow 122 is compressed.
Na gama das cargas parciais o comando 130 está em condições de ajustar continuamente qualquer carga parcial, para o que o periodo de tempo do intervalo de abertura O e o período de tempo do intervalo de fecho S, que somados dão o periodo de tempo do intervalo de comutação SI, são ajustados de maneira variável na proporção pretendida.In the range of the partial loads the control 130 is able to continuously adjust any partial load, for which the time period of the opening interval O and the period of time of the closing interval S, which together give the time period of the interval are adjusted in a variable manner in the desired proportion.
Para tal o intervalo de comutação SI pode ter o mesmo valor para todas as gamas de carga parcial. 17 É no entanto também possível variar o intervalo de comutação SI proporcionalmente ou então por escalões na dependência da velocidade de rotação do veio 54 de excêntricos e em virtude disso da velocidade de rotação do motor eléctrico 55. A variação do intervalo de comutação SI efectua-se por exemplo de tal maneira que, a uma velocidade de rotação reduzida do motor eléctrico, os intervalos de comutação SI são longos e a uma velocidade de rotação mais alta do motor eléctrico os intervalos de comutação são mais curtos. A vantagem da solução preconizada pela invenção reside no facto de no compressor de pistões de movimento alternativo a absorção de potência ser proporcional ao caudal mássico e deste modo haver a possibilidade de, no caso de uma redução do caudal mássico por acção de intervalos de abertura 0 e de intervalos de fecho S consecutivos na gama das cargas parciais, reduzir também a absorção de potência do compressor de pistões de movimento alternativo.For this purpose the switching interval SI can have the same value for all partial load ranges. However, it is also possible to vary the switching interval SI proportionally or by steps depending on the speed of rotation of the cam shaft 54 and in virtue of this the speed of rotation of the electric motor 55. The variation of the switching interval SI is effected, for example in such a way that at a reduced rotational speed of the electric motor, the switching intervals SI are long and at a higher rotation speed of the electric motor the switching intervals are shorter. The advantage of the solution according to the invention lies in the fact that in the reciprocating piston compressor the power absorption is proportional to the mass flow rate and thus it is possible, in the event of a reduction of the mass flow rate by opening intervals 0 and of consecutive closing intervals S in the range of the partial loads, also reduce the power absorption of the reciprocating piston compressor.
Além disso a solução de acordo com a invenção cria a possibilidade de configurar o arranque do compressor 12 de agente refrigerante, através do comando do caudal mássico, de tal maneira que se consegue minimizar o risco de fervura do agente refrigerante.In addition the solution according to the invention creates the possibility of configuring the starting of the refrigerant compressor 12 by controlling the mass flow rate in such a way that the risk of boiling the refrigerant can be minimized.
Lisboa, 11 de Setembro de 2007 18Lisbon, September 11, 2007 18
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