Campo da Invenção
[001] Refere-se a presente invenção a um sistema de isolamento térmico a ser aplicado na descarga de gás em um compressor de refrigeração, por exemplo, do tipo hermético alternativo e, particularmente, acionado por motor linear e a um compressor compreendendo o dito sistema.
Histórico da Invenção
[002] Uma das variáveis limitantes para o aumento de eficiência e capacidade em compressores é o superaquecimento. A limitação advém da troca térmica entre o gás succionado pela linha de evaporação e o interior do compressor, fazendo com que o refrigerante tenha sua temperatura elevada antes da compressão. Essa situação se traduz em perda de capacidade e, consequentemente, em perda de eficiência.
[003] O sistema de descarga, geralmente apresentando temperatura elevada, contribui para a elevação do perfil térmico do compressor. Por isso, o isolamento do calor proveniente da descarga se traduz em diminuição do perfil térmico como um todo e, principalmente, da temperatura no qual o gás é comprimido. Usualmente, a estratégia para evitar que o gás superaqueça é melhorar o isolamento da sucção.
[004] Entretanto, são conhecidas soluções visando o isolamento térmico da descarga em compressores de refrigeração. Dentre essas, a solução US2010/0226805 (ACC) apresenta uma linha de descarga na qual é provido um tubo de descarga em material plástico e uma luva tubular, em plástico ou polímero, por exemplo, PTFE, a qual é disposta envolvendo uma porção do tubo de descarga, na região de passagem deste pelo passador de descarga disposto na carcaça do compressor, passador esse que, nesta solução anterior, é metálico. Apesar dessa solução apresentar uma pequena redução na transmissão de calor para o interior do compressor, ela tem a desvantagem de evitar apenas a transmissão de calor do gás de descarga do tubo de descarga para o interior do ambiente da carcaça hermética, considerando que esse tubo de descarga é geralmente metálico e de grande extensão, para absorver as vibrações entre o conjunto compressor e a carcaça hermética. Essa solução anterior não evita que o calor do gás de descarga, liberado para a câmara de descarga no interior da tampa de cilindro, seja transferido para a região do cabeçote do compressor e para o restante das partes metálicas do conjunto, particularmente para o bloco de cilindro, contribuindo para o indesejável aquecimento do gás a ser comprimido.
[005] Uma outra solução conhecida (DE102004054328 - Denso) apresenta a provisão de uma câmara de descarga internamente provida com um meio isolante térmico que toma a forma de um revestimento interno diretamente assentado contra a parede interna da câmara de descarga. Esta solução anterior tem a desvantagem de permitir certa troca térmica, por condução, do gás contido no interior da câmara de descarga, com a tampa de cilindro, considerando que o isolamento térmico proposto toma a forma de um revestimento aplicado, internamente à tampa do cilindro, inexistindo qualquer espaçamento entre o referido isolamento térmico e o material metálico da tampa de cilindro. Essa solução técnica não é capaz de prover um efetivo isolamento térmico entre o gás sendo liberado para o interior da câmara de descarga e o conjunto formado pela estrutura metálica da tampa de cilindro, pela placa de válvulas e pelo bloco de cilindro.
Sumário da Invenção
[006] Em função das desvantagens das soluções anteriores, a presente solução tem, como objetivo, prover um sistema, de isolamento térmico eficaz da descarga de um compressor, capaz de reduzir substancialmente a transferência, para a tampa do cilindro e para o restante do compressor, do calor do fluido refrigerante sob alta temperatura, bombeado pelo compressor, melhorando a eficiência desse último.
[007] Outro objetivo da presente invenção é prover um sistema para isolamento térmico na descarga do compressor, tal como acima citado, e que seja de fácil construção e montagem, particularmente, mas não exclusivamente, em um compressor do tipo de motor linear.
[008] Um objetivo adicional é prover um compressor de refrigeração incluindo um sistema de isolamento térmico tal como acima citado.
[009] Estes objetivos são alcançados através de um sistema de isolamento térmico da descarga de gás em um compressor de refrigeração do tipo que compreende: um bloco de cilindro definindo um cilindro fechado, por um extremo, por uma placa de válvulas provida de pelo menos um orifício de descarga e definindo, com o cilindro, uma câmara de compressão; uma tampa de cilindro tendo uma saída de gás e assentada contra a placa de válvulas em oposição a câmara de compressão e em cujo interior é definida uma câmara de descarga; e uma tubulação de descarga comunicando a saída de gás da tampa de cilindro ao exterior do compressor.
[010] O sistema de isolamento térmico da presente invenção compreende um corpo oco, definindo pelo menos um plenum em seu interior e montado, de modo indexado, no interior da tampa de cilindro, mantendo, com essa última, um espaçamento, hermético e sendo assentado contra a placa de válvulas, impedindo o contato direto dessa última com o volume interno do corpo oco, esse último sendo provido de um bocal de entrada comunicando o plenum com o orifício de descarga da placa de válvulas e um bocal de saída comunicando o plenum com a saída de gás da tampa de cilindro.
[011] De acordo com uma possível forma de realização da invenção, o corpo oco pode ser formado em material isolante térmico.
[012] A construção proposta pela presente invenção permite que o gás bombeado pelo compressor, para o interior da câmara de descarga, permaneça isolado da tampa do cilindro pelo vazio definido entre o corpo oco e a tampa do cilindro.
[013] Além disso, o corpo oco é assentado na placa de válvulas, permitindo que o gás contido em seu interior seja mantido em comunicação apenas com o orifício de descarga da placa de válvulas e não com o restante da superfície dessa última voltada para a tampa do cilindro.
[014] No caso de ser utilizado um corpo oco formado em material isolante térmico, o gás bombeado pelo compressor, para o interior da câmara de descarga será adicionalmente isolado da tampa de cilindro pela espessura da parede do referido corpo oco em material isolante térmico.
Breve Descrição dos Desenhos
[015] A invenção será descrita a seguir fazendo-se referências aos desenhos anexos, dados a título de exemplo de uma materialização da invenção e nos quais:a figura 1 representa uma vista em perspectiva explodida do conjunto formado pela tampa do cilindro, pelo corpo oco em múltiplas partes, por uma válvula de descarga, pela placa de válvulas e por juntas de vedação, construídos de acordo com o sistema em questão;a figura 2 representa uma vista lateral do conjunto ilustrado na figura 1, com as partes componentes na condição montada;a figura 3 representa uma vista extrema do conjunto ilustrado na figura 2, tomada pelo extremo externo da tampa de cilindro; ea figura 4 representa uma vista em corte transversal do conjunto ilustrado na figura 3, o dito corte tendo sido tomado segundo a linha IV-IV na referida figura.
Descrição da Configuração Ilustrada
[016] A presente invenção será descrita para um compressor de refrigeração do tipo hermético alternativo e que compreende um conjunto motor-compressor (não ilustrado), incluindo um bloco de cilindro 1 (parcialmente ilustrado na figura 4), que define um cilindro 2 no interior do qual é axialmente deslocável um pistão (não ilustrado), por atuação de um motor elétrico rotativo ou linear.
[017] O bloco de cilindro 1 pode ser construído em qualquer liga metálica adequada, bem conhecida do estado da técnica.
[018] O cilindro 2 tem um extremo, aberto, pelo qual o pistão é alojado, e um extremo oposto (ilustrado na figura 4), fechado por uma placa de válvulas 3, contra a qual é assentada uma tampa de cilindro 10, geralmente metálica.
[019] A placa de válvulas 3 é construída em liga metálica, para operar em conjunto com pelo menos uma válvula de sucção, não ilustrada, voltada para o interior do cilindro 2, e com pelo menos uma válvula de descarga 4 que, no exemplo ilustrado, toma a forma de uma folha única incorporando uma lâmina flexível 4a, metálica, operando em associação com um respectivo orifício de descarga 3a da placa de válvulas 3. Deve ser entendido que a válvula de descarga pode tomar a forma de uma folha única incorporando uma pluralidade de lâminas flexíveis, cada uma operando em associação com um respectivo orifício de descarga provido na placa de válvulas 3.
[020] A placa de válvulas 3 é assentada ao bloco de cilindro 1, por meio de uma junta de vedação anelar 5. Apesar de não estar ilustrado nos desenhos, pode ser ainda provida outra junta de vedação anelar disposta entre a tampa de cilindro 10 e a adjacente face da placa de válvulas 3.
[021] A tampa de cilindro 10 é assentada contra uma face da placa de válvulas 3, oposta àquela assentada contra o bloco de cilindro 1. A tampa de cilindro 10 define, com a adjacente face da placa de válvulas 3, uma câmara de descarga 11, que mantém uma comunicação fluida seletiva com o cilindro 2, através do orifício de descarga 3a ou dos múltiplos orifícios de descarga, se existentes, quando da abertura da válvula de descarga 4, e uma comunicação fluida constante com um lado de descarga de um sistema de refrigeração ao qual o compressor está associado, através de uma tubulação de descarga (não ilustrada), que comunica a dita câmara de descarga 11 ao exterior do compressor.
[022] A tampa de cilindro 10 toma a forma de um copo com sua base aberta assentada na placa de válvulas 3 e definindo uma entrada de gás 12 em comunicação fluida com o orifício de descarga 3a, e uma saída de gás 13, acoplada a uma tubulação de descarga que comunica a dita saída de gás 13 ao exterior do compressor.
[023] Na construção ilustrada, a tampa de cilindro 10 é provida de uma parede extrema 14, oposta à sua base aberta e à placa de válvulas 3. Na configuração ilustrada, a saída de gás 13 é provida em uma região chanfrada 15 da parede extrema 14 e disposta voltada lateralmente para fora da tampa de cilindro 10. Entretanto, este posicionamento da saída de gás 13 não deve ser limitado à construção ilustrada, podendo a saída de gás 13 ser provida na parede extrema 14 da tampa de cilindro 10.
[024] A presente invenção provê um sistema de isolamento térmico para ser aplicado à descarga de gás em um compressor, sendo que o dito sistema compreende um corpo oco 20, preferivelmente, mas não necessariamente, formado em material isolante térmico, definindo pelo menos um plenum 21 em seu interior e montado, de modo indexado, no interior da tampa de cilindro 10, mantendo, com essa última, um espaçamento 30 e sendo assentado contra a placa de válvulas 3, impedindo o contato direto dessa última com o volume interno do corpo oco 20.
[025] De acordo com a presente invenção, o plenum 21 do corpo oco 20 atua, efetivamente, como uma câmara de descarga. A câmara de descarga 11 da tampa de cilindro 10 atua, nesta construção, na definição do volume do espaçamento 30 entre as paredes internas da tampa de cilindro 10 e o corpo oco 20. A montagem da tampa de cilindro 10 e do corpo oco 20 pode ser realizada de modo a tornar o espaçamento 30 hermético em relação ao interior do corpo oco 20 e ao exterior da tampa de cilindro 10.
[026] O corpo oco 20 é provido de um bocal de entrada 22, aberto para o plenum 21 e para o orifício de descarga 3a da placa de válvulas 3 e um bocal de saída 23 comunicando o plenum 21 com a saída de gás 13 da tampa de cilindro 10.
[027] Na construção ilustrada, o corpo oco 20 compreende uma parede extrema de base 24 a ser assentada contra a placa de válvulas 3, de modo a fixar, nesta última, a válvula de descarga 4 e a definir um batente para essa última, sendo o bocal de entrada 22 provido na dita parede extrema de base 24 e aberto para o orifício de descarga 3a da placa de válvulas 3.
[028] Na construção ilustrada, a junta de vedação anelar 5 é provida de pelo menos duas projeções axiais excêntricas 5a, diametralmente opostas, as quais são dimensionadas para serem encaixadas em respectivos recessos 1a praticados em uma confrontante face do bloco de cilindro 1, permitindo a correta indexação no assentamento da junta de vedação anelar 5 contra o bloco de cilindro 1.
[029] Apesar de não ser aqui ilustrado, a parede extrema de base 24 pode incorporar uma pluralidade de projeções de base voltadas para fora do corpo coco 20, indexando o corpo oco 20 em relação à placa de válvulas 3 e ainda à junta anelar de vedação 5 e ao bloco de cilindro 1.
[030] O bocal de entrada 22 do corpo oco 20 compreende uma abertura de base 22a provida na parede extrema de base 24 e uma projeção tubular 22b que se estende da parede extrema de base 24 para o interior do corpo oco 20, em torno da abertura de base 22a deste.
[031] Na construção ilustrada, uma região anelar 22c da parede de base 24, que circunda a abertura de base 22a do bocal de entrada 22 é construída de modo a distanciar-se axialmente da placa de válvulas 3, definindo um batente de abertura para a lâmina flexível 4a da válvula de descarga 4. De modo particular e preferido, a referida região anelar 22c da parede de base 24 apresenta-se inclinada radialmente para dentro e axialmente para dentro do corpo oco 20, definindo um batente de abertura inclinado e contra o qual é assentada a lâmina flexível 4a, quando da abertura da válvula de descarga 4.
[032] Ainda de acordo com a construção ilustrada, a projeção tubular 22b do bocal de entrada 22 apresenta uma configuração tronco-cônica, com sua base maior aberta e voltada para o interior do corpo oco 20. Essa disposição construtiva do bocal de entrada 22 diminui a potência de descarga (consumo no processo de descarga) e minimiza os transientes de pulsações.
[033] O corpo oco 20 compreende uma parede extrema de topo 25 na qual é provido o bocal de saída 23 do corpo oco 20, o dito bocal de saída 23 estando aberto para a saída de gás 13 da tampa de cilindro 10.
[034] O bocal de saída 23 do corpo oco 20 compreende uma projeção tubular externa 23a que se estende para fora de uma região rebaixada 25a da parede extrema de topo 25 do corpo oco 20, para ser encaixada em uma passagem tubular 16 formada internamente à parede extrema 14 e que é aberta para o bocal de saída 13 da tampa de cilindro 10.
[035] Na construção ilustrada, o bocal de saída 13 da tampa de cilindro 10 é configurado para receber e fixar, em seu interior, por qualquer meio adequado tal como, por exemplo, por rosqueamento, colagem ou brasagem, um conector tubular 18 que se projeta para fora do bocal de saída 13, para ser acoplado a um adjacente extremo da tubulação de descarga, não ilustrada, que comunica a câmara de descarga 11 ao exterior do compressor.
[036] Nos compressores alternativos de motor linear, a tampa de cilindro pode incorporar um elemento de suporte, não ilustrado, configurado para ser acoplado ao sistema de suspensão do mecanismo de compressão, no interior da carcaça do compressor. Entretanto, nos compressores alternativos de motor rotativo, a tampa de cilindro não necessita incorporar o referido elemento de suporte.
[037] O sistema de descarga da presente invenção provê ainda um meio pressionador 40 disposto entre a parede extrema de topo 25 do corpo oco 20 e a parede extrema 14 da tampa de cilindro 10, de modo a forçar constante e elasticamente o corpo oco 20 contra a placa de válvulas 3, minimizando a passagem de gás de descarga para o interior da tampa de cilindro 10, externamente ao corpo oco 20. O meio pressionador 40 força a parede extrema de base 24 contra a placa de válvulas 3, melhorando a função fixadora e limitadora (de batente) da parede extrema de base 24 em relação à válvula de descarga 4. O meio pressionador 40 melhora ainda a vedação do corpo oco 20 em relação ao espaçamento 30.
[038] Em uma forma de realização não limitativa da presente invenção, o meio pressionador 40 é definido por uma mola laminar 41, geralmente em hastes paralelas e unidas por seus extremos 41a, os quais são encaixados, cada um, externamente a uma respectiva projeção de topo 25b da parede extrema de topo 25 do corpo oco 20.
[039] Apesar de não ser aqui ilustrado, a parede extrema de topo 25 do corpo oco 20 pode incorporar uma pluralidade de projeções de topo voltadas para fora do corpo oco 20, sendo que a parede extrema 14 da tampa de cilindro 10 pode ser internamente provida de uma igual pluralidade de rebaixos em cada um dos quais é encaixada uma respectiva projeção de topo da parede extrema de topo 25, indexando, entre si, o corpo oco 20 e a tampa de cilindro 10. Nessa construção, a mola laminar 41 pode ter seus extremos encaixados, cada um, em uma respectiva projeção de topo da parede extrema de topo 25.
[040] Deve ser entendido que o sistema de descarga da presente invenção pode ser realizado independentemente das particularidades construtivas de tampa de cilindro, de meio pressionador, etc.
[041] Na forma construtiva ilustrada, o corpo oco 20 é formado em duas partes 20a, 20b, uma delas incorporando a parede extrema de base 24 e a outra incorporando a parede extrema de topo 25, as ditas partes sendo assentadas contra uma parede divisória comum 26 que divide o plenum 21 do corpo oco 20 em uma primeira e em uma segunda câmara de descarga C1, C2, a dita parede divisória 26 apresentando uma abertura 26a comunicando as duas câmaras de descarga C1, C2.
[042] Apesar de não ser ilustrado nos desenhos, é possível a provisão de um meio de vedação entre as duas partes 20a, 20b do corpo oco 20 e a parede divisória comum 26, o dito meio de vedação podendo ser definido de diferentes maneiras, tal como, por exemplo, por um filme de adesivo ou por juntas de vedação.
[043] Como pode ser observado pelas figuras 1 e 4, a parte 20a do corpo oco 20 mais próxima da placa de válvulas 3 apresenta uma borda extrema 28a, voltada para a parede divisória comum 26 e provida de pelo menos dois recortes externos 29a configurados para realizar a função a seguir descrita.
[044] Nas mesmas figuras 1 e 4 pode ser observado que a outra parte 20b do corpo oco 20 tem uma borda extrema 28b voltada para a parede divisória comum 26 e incorporando pelo menos duas projeções axiais 29b dimensionadas para serem encaixadas e preferivelmente retidas, cada uma, em um respectivo recorte externo 29a da outra parte 20a do corpo oco 20.
[045] Ainda de acordo com a configuração ilustrada nas figuras 1 e 4, a parede divisória comum 26 apresenta pelo menos dois recortes radiais 26b dimensionados para permitirem a passagem das projeções axiais 29b da parte 20b do corpo oco 20, quando do fechamento desse último.
[046] Deve ser entendido que o corpo oco 20 pode ser formado em uma única peça definindo uma só câmara de descarga, ou ainda formado em duas ou mais partes, conforme ilustrado, mas com a parede divisória incorporada a uma das ditas partes. O corpo oco 20 pode apresentar ainda mais de duas câmaras de descarga em seu interior.
[047] Na construção alustrada, a abertura 26a da parede divisória 26 recebe, hermeticamente, um tubo 27 que se projeta para o interior da primeira câmara de descarga C1, através de um trecho retilíneo 27a, excêntrico em relação ao bocal de entrada 22 do corpo oco 20 e para o interior da segunda câmara de descarga C2, através de um trecho arqueado 27b. O tubo 27 pode ser construído e dimensionado de modo a definir um atenuador acústico. Embora o tubo 27 ilustrado seja obtido em peça separada daquela da parede mediana 26, deve ser entendido que o dito tubo pode ser provido em peça única com a referida parede mediana.
[048] Deve ser ainda entendido que a parede mediana 26 pode ser disposta em diferentes posições não necessariamente horizontais ou substancialmente horizontais, podendo mesmo ser arranjada de modo substancialmente vertical ou mesmo inclinado. Além disso, a primeira e a segunda câmara de descarga C1, C2, podem apresentar volumes iguais ou diferentes e ser ainda comunicadas entre si por mais de uma abertura 26a ou mais de um tubo 27.
[049] A primeira câmara de descarga C1 recebe, do bocal de entrada 22 do corpo oco 20, todo o fluxo de descarga proveniente da câmara de compressão, a dita primeira câmara de descarga C1 mantendo comunicação fluida constante com a segunda câmara de descarga C2, através do tubo 27.
[050] Essa construção de corpo oco, apresentando duas câmaras de descarga interligadas por um tubo 27, provê ao sistema de descarga, uma função abafadora acústica, do tipo volume-tubo-volume, no interior da tampa de cilindro 10.
[051] Assim, o sistema de descarga termicamente isolado da presente invenção atua também como um abafador acústico, durante a descarga de gás, na compressão de gás durante a operação do compressor.
[052] O volume de cada uma das primeira e segunda câmaras de descarga C1, C2, assim como a determinação das dimensões de cada tubo 27 (extensão, formato, seção transversal) e a definição de extensão projetante deste para o interior de cada câmara onde o dito tubo atua, são definidos em função do efeito de isolamento térmico a ser obtido, mas também podendo ser definido em função da atenuação a ser obtida e da faixa de pulsação a ser atenuada.
[053] De acordo com a presente invenção, o corpo oco 20 pode ainda apresentar uma pluralidade de câmaras de descarga dispostas de acordo com o mesmo conceito descrito para as duas câmaras de descarga ilustradas nos desenhos.
[054] De acordo com uma forma de realização da presente invenção, o tubo 27 apresenta um primeiro extremo 27c e um segundo extremo 27d excentricamente dispostos nas primeira e segunda câmaras de descarga C1, C2, sendo que o primeiro extremo 27c do tubo 27 é disposto excêntrico ao bocal de entrada 22 do corpo oco 20 e o segundo extremo 27d do tubo 27 é disposto distanciado do bocal de saída de gás 22 do corpo oco 20. Por sua vez, o bocal de saída de gás 22 é disposto em comunicação fluida direta com a saída de gás 13 da tampa de cilindro 10. Na construção particular ilustrada, o bocal de saída de gás 22 é disposto ortogonalmente à saída de gás 13 da tampa de cilindro 10 e conectado à referida saída de gás 13 por meio da passagem tubular 16 provida internamente à parede extrema 14 da tampa de cilindro 10.
[055] Deve ser ainda observado que as variantes construtivas aqui descritas podem ser apresentadas individualmente, em construções particulares, ou ainda combinadas, parcial ou totalmente entre si.
[056] Conforme descrito e ilustrado, o sistema de isolamento térmico em questão distancia-se das soluções conhecidas pelo fato de promover um aumento substancial na resistência total à troca térmica entre o gás comprimido contido no interior do corpo oco 20 e o ambiente interno à carcaça do compressor.
[057] Na solução proposta, a provisão do corpo oco 20, preferivelmente formado em material isolante térmico, tal como plástico, faz com que o calor do gás comprimido contido no interior do corpo oco, alcance, por convecção interna, a parede do corpo oco 20 e daí, por condução através do material de construção do corpo oco 20, ao espaçamento 30 definido entre o corpo oco 20 e a tampa de cilindro 10 e que define um efetivo elemento de isolamento térmico, para o calor que tende a migrar para a tampa de cilindro 10 e desta, por convecção, para o interior da carcaça hermética do compressor. Essa construção cria, em relação à técnica anterior, pelo menos um meio adicional de resistência térmica definido pelo espaçamento 30 entre o corpo oco 20 e a tampa de cilindro 10, não previsto no estado da técnica e ainda, preferivelmente, um segundo meio adicional de resistência térmica definido pela parede do corpo oco 20 quando construído em material isolante térmico.
[058] A presente invenção provê um isolamento térmico melhorado, mesmo que ocorram variações: no valor da folga existente entre a parede metálica da tampa de cilindro 10 e a parede em material isolante do corpo oco 20; no número de divisões internas do corpo oco 20; na forma das câmaras internas ao corpo oco 20; e na determinação do tipo de material isolante (por exemplo, composição por mais de um material para o corpo oco 20).