BR102016006791A2 - improved efficiency refrigerator - Google Patents
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Abstract
resumo refrigerador com eficiência aprimorada a presente invenção refere-se a um circuito refrigerante que compreende um compressor, um condensador, um dispositivo de expansão, um primeiro evapo-rador a jusante do dispositivo de expansão, um segundo evaporador a jusante do primeiro evaporador e dois trocadores de calor para efetuar a troca de calor entre o refrigerante que flui do condensador até o primeiro evaporador, em um lado, e o re-frigerante que flui a jusante do primeiro e do segundo evaporadores, respectivamen-te.abstract "refrigerator with improved efficiency" the present invention relates to a refrigerant circuit comprising a compressor, a condenser, an expansion device, a first evaporator downstream of the expansion device, a second evaporator downstream of the first evaporator and two heat exchangers to exchange heat between the refrigerant flowing from the condenser to the first evaporator on one side and the refrigerant flowing downstream from the first and second evaporators, respectively.
Description
“REFRIGERADOR COM EFICIÊNCIA APRIMORADA” [001] A presente invenção refere-se a um refrigerador com um circuito refrigerante que compreende um compressor, um condensador, um dispositivo de expansão, um primeiro evaporador a jusante do dispositivo de expansão, um segundo evaporador a jusante do primeiro evaporador, um trocador de calor para efetuar a troca de calor entre o refrigerante a jusante do condensador e a montante do dito primeiro evaporador, em um lado, e o refrigerante a jusante do compressor, no outro lado.[001] The present invention relates to a refrigerant with a refrigerant circuit comprising a compressor, a condenser, an expansion device, a first evaporator downstream of the expansion device, a second downstream evaporator from the first evaporator, a heat exchanger for effecting the heat exchange between the downstream condenser refrigerant and upstream of said first evaporator on one side and the downstream compressor refrigerant on the other side.
[002] O circuito de refrigeração de um refrigerador do tipo descrito acima é mostrado na Figura 1.[002] The cooling circuit of a refrigerator of the type described above is shown in Figure 1.
[003] O documento GB 2143014 sugere o uso de dois evaporadores no circuito de refrigeração, com trocadores de calor entre o compressor e um dos evaporadores e entre os dois evaporadores, respectivamente. Essa solução conhecida é bastante complexa uma vez que ela usa uma válvula de desvio, dois tubos capilares e um tubo de sucção saindo do compressor e que tem um garfo, um braço que leva a um evaporador e outro braço que leva ao outro evaporador.[003] GB 2143014 suggests the use of two evaporators in the refrigeration circuit, with heat exchangers between the compressor and one of the evaporators and between the two evaporators, respectively. This known solution is quite complex since it uses a bypass valve, two capillary tubes, and a suction tube coming out of the compressor that has a fork, one arm leading to one evaporator and another arm leading to the other evaporator.
[004] É, portanto, um objetivo da presente invenção fornecer um refrigerador com um circuito refrigerante do tipo mencionado no início da descrição, que tenha um baixo consumo de energia e que seja simples e fácil de ser fabricado.It is therefore an object of the present invention to provide a cooler with a refrigerant circuit of the type mentioned at the beginning of the description, which is low in energy consumption and which is simple and easy to manufacture.
[005] Tal objetivo é alcançado graças às características mencionadas nas reivindicações em anexo.Such an objective is achieved thanks to the characteristics mentioned in the appended claims.
[006] O circuito de refrigeração de um refrigerador de acordo com a invenção apresenta um trocador de calor adicional para efetuar a troca de calor entre o refrigerante a jusante do condensador e a montante do primeiro evaporador, em um lado, e o refrigerante a jusante do primeiro evaporador e a montante do segundo evaporador, em um segundo lado, sendo o dispositivo de expansão um único tubo capilar que é configurado para atuar como o dito primeiro lado de ambos os trocadores de calor, [007] Com a adição de um outro trocador de calor ao circuito de refrigeração de um refrigerador conhecido, o grau de vapor de refrigerante na entrada do evaporador é reduzido. Portanto, o refrigerante tem mais líquido que pode evaporar no evaporador, aumentando a eficiência do sistema. A solução de acordo com a invenção fornece benefícios em termos de baixo consumo de energia em comparação com as soluções conhecidas que são mais caras como, por exemplo, o uso de painéis de isolamento a vácuo ou compressores de velocidade variável. Certamente, a solução de acordo com a invenção também pode ser usada em combinação com essas medidas conhecidas a fim de aumentar ainda mais a eficiência do refrigerador.The refrigerant circuit of a refrigerator according to the invention features an additional heat exchanger for effecting the heat exchange between the downstream condenser refrigerant and upstream of the first evaporator on one side and the downstream refrigerant. of the first evaporator and upstream of the second evaporator on a second side, the expansion device being a single capillary tube which is configured to act as said first side of both heat exchangers, [007] With the addition of another Heat Exchanger In the refrigerant circuit of a known cooler, the degree of refrigerant vapor at the evaporator inlet is reduced. Therefore, the refrigerant has more liquid that can evaporate in the evaporator, increasing the system efficiency. The solution according to the invention provides low energy benefits compared to the more expensive known solutions, such as the use of vacuum insulation panels or variable speed compressors. Of course, the solution according to the invention may also be used in combination with such known measures in order to further increase the efficiency of the refrigerator.
[008] Um tipo de refrigerador similar ao refrigerador de acordo com a presente invenção é conhecido a partir de refrigeradores com “evaporador duplo” ou “evaporador sequencial”, mas tais refrigeradores usam uma mistura não azeotrópica de ao menos dois refrigerantes diferentes, por exemplo, propano (R-290) e n-butano (R-600), que tem uma diferença de temperatura de deslizamento (GTD) (diferença de temperatura entre a temperatura de vapor saturado e a temperatura de líquido saturado sob pressão constante) adequada durante as fases de evaporação e condensação. Com um ciclo de refrigeração que usa a mistura acima, também conhecido como ciclo de Lorenz-Meutzner, é possível ter desempenhos de economia de energia idênticos ou ao menos similares ao de um circuito de refrigeração com evaporador duplo que usa um refrigerante monocomponente e um ciclo de desvio de dois circuitos, em que uma eletroválvula de 3 vias é usada.A type of refrigerator similar to the refrigerator according to the present invention is known from "double evaporator" or "sequential evaporator" refrigerators, but such refrigerators use a non-azeotropic mixture of at least two different refrigerants, for example. , propane (R-290) and n-butane (R-600), which has a suitable slip temperature difference (GTD) (temperature difference between saturated vapor temperature and saturated pressure liquid temperature) during the evaporation and condensation phases. With a refrigeration cycle using the above mixture, also known as the Lorenz-Meutzner cycle, it is possible to have energy saving performances identical to or at least similar to a dual evaporator refrigeration circuit that uses a single component refrigerant and a single cycle. two-circuit bypass, where a 3-way solenoid valve is used.
[009] Um refrigerador desse tipo é revelado pela patente US n° 5207077 e pelo documento EP 2592366. Em ambos os documentos acima mencionados, o dispositivo de expansão é colocado imediatamente a montante do primeiro evaporador, isto é, o evaporador de baixa temperatura. Na patente US n° 5207077, o dispositivo de expansão é identificado no desenho como uma válvula de expansão, enquanto no documento EP 2592366, o dispositivo de expansão é um tubo capilar disposto no lado do primeiro evaporador. Na dita primeira solução, a presença da válvula efetivamente aumenta o custo total do eletrodoméstico e pode criar um problema de condensação no tubo de sucção. Na segunda solução, como também é revelado em “Performance optimization of a Lorenz-Meutzner cycle charged with hydrocarbon mixtures for a domestic refrigerator-freezer”, IJR, n°35, edição 1 °de janeiro de 2012, páginas 36 a 46, se se desejar obter desempenhos de consumo de energia similares a um ciclo de desvio de dois circuitos, o comprimento ideal do tubo capilar ficará na faixa de 10 a 15 m.Such a cooler is disclosed by US Patent No. 5207077 and EP 2592366. In both above mentioned documents, the expansion device is placed immediately upstream of the first evaporator, that is, the low temperature evaporator. In US Patent No. 5207077, the expansion device is identified in the drawing as an expansion valve, while in EP 2592366, the expansion device is a capillary tube disposed on the side of the first evaporator. In said first solution, the presence of the valve effectively increases the total cost of the appliance and can create a condensation problem in the suction tube. In the second solution, as also revealed in “Performance optimization of a Lorenz-Meutzner cycle charged with hydrocarbon mixtures for a domestic refrigerator-freezer,” IJR, No. 35, January 1, 2012, pages 36-46, if If you want to achieve power consumption performances similar to a two-circuit bypass cycle, the ideal length of the capillary tube will be in the range of 10 to 15 m.
[010] Nos documentos acima mencionados, o sub-resfriamento a partir do segundo evaporador e do compressor e o sub-resfriamento adicional exigido pelo uso dessas misturas (conexão do tubo entre o primeiro e o segundo evaporadores) são obtidos usando-se trocadores de calor feitos com dois tubos. O documento EP 2592366 explica que esses tubos funcionam melhor no caso de um estar dentro do outro e em contrafluxo.[010] In the above mentioned documents, the subcooling from the second evaporator and the compressor and the additional subcooling required by the use of these mixtures (pipe connection between the first and the second evaporators) are obtained using heat exchangers. heat made with two tubes. EP 2592366 explains that such tubes work best if one is in the other and in counter flow.
[011] A publicação e as indicações de patente supracitadas tratam também das modificações exigidas por um produto refrigerador/congelador que usa uma mistura não azeotrópica. O artigo supracitado, “Performance optimization of a Lorenz-Meutzner cycle charged with hydrocarbon mixtures for a domestic refrigerator-freezer”, fornece ainda informações sobre a modificação no comprimento do tubo capilar (10 m, no mínimo) a fim de se ter os benefícios na energia e no comportamento correto do produto.The above publication and patent indications also address the modifications required by a refrigerator / freezer product using a non-azeotropic mixture. The above article, “Performance optimization of a Lorenz-Meutzner cycle charged with hydrocarbon mixtures for a domestic refrigerator-freezer”, also provides information on changing the length of the capillary tube (minimum 10 m) in order to have the benefits. on the product's energy and correct behavior.
[012] O requerente conduziu também um trabalho experimental sobre um circuito de refrigeração projetado para um ciclo de Lorenz-Meutzner modificado que não apresenta os problemas acima e tem baixo custo. De acordo com tal modificação, o dispositivo de expansão é um tubo capilar que é configurado para atuar como o dito primeiro lado de ambos os trocadores de calor.[012] The applicant has also conducted experimental work on a cooling circuit designed for a modified Lorenz-Meutzner cycle that does not present the above problems and is inexpensive. According to such modification, the expansion device is a capillary tube which is configured to act as said first side of both heat exchangers.
[013] De acordo com essa solução desenvolvida pelo requerente para uma mistura não azeotrópica, o tubo capilar é usado externamente aos outros tubos do circuito refrigerante, e o fluxo refrigerante no tubo capilar está em contrafluxo em relação ao fluxo refrigerante no tubo do circuito refrigerante. Naturalmente, o tubo capilar pode ser usado internamente ao outro tubo.[013] According to this solution developed by the applicant for a non-azeotropic mixture, the capillary tube is used externally to the other refrigerant circuit tubes, and the refrigerant flow in the capillary tube is counterflow to the refrigerant flow in the refrigerant circuit tube. . Of course, the capillary tube can be used internally to the other tube.
[014] Mesmo que os resultados supracitados sejam promissores, a solução testada pelo requerente ainda tem o problema de precisar de uma carga do circuito refrigerante com uma mistura de refrigerantes com uma certa composição e distribuição. Isso implica em um custo mais alto e maior complexidade no processo de fabricação do refrigerador.Even though the above results are promising, the solution tested by the applicant still has the problem of needing a refrigerant charge with a mixture of refrigerants of a certain composition and distribution. This implies a higher cost and greater complexity in the refrigerator manufacturing process.
[015] De acordo com a invenção, o requerente descobriu, surpreendentemente, que o mesmo circuito projetado para uma mistura não azeotrópica de refrigerantes apresenta vantagens termodinâmicas mesmo se usado com um único refrigerante, isto é, um refrigerante cuja composição é formada principalmente por um único composto químico. Esse resultado não era esperado e, portanto, a escolha de se usar um circuito especialmente projetado para uma mistura não azeotrópica de refrigerantes para um único refrigerante monocomposto não podería ser prevista por um indivíduo versado na técnica.According to the invention, the applicant surprisingly found that the same circuit designed for a non-azeotropic refrigerant mixture has thermodynamic advantages even if used with a single refrigerant, that is, a refrigerant whose composition is mainly composed of one. only chemical compound. This result was not expected and, therefore, the choice of using a specially designed circuit for a non-azeotropic refrigerant mixture for a single single-component refrigerant could not be foreseen by one skilled in the art.
[016] De acordo com uma característica da invenção, no caso de um primeiro trocador (o obtido com tubo capilar e tubo de sucção conectando o evapora-dor do congelador ao evaporador do refrigerador), o único tubo capilar é paralelo, está em contato com o tubo que sai do evaporador do congelador e tem um comprimento de ao menos 700 mm.According to a feature of the invention, in the case of a first exchanger (the one obtained with capillary tube and suction tube connecting the freezer evaporator to the refrigerator evaporator), the only capillary tube is parallel, it is in contact with the tube exiting the freezer evaporator and having a length of at least 700 mm.
[017] De acordo com uma segunda modalidade da invenção, no caso do primeiro trocador de calor, o tubo capilar é enrolado em torno do tubo que sai do evaporador do congelador e tem um comprimento de ao menos 1.000 mm, com um comprimento de contato nesse tubo de ao menos 400 mm.[017] According to a second embodiment of the invention, in the case of the first heat exchanger, the capillary tube is wrapped around the tube leaving the freezer evaporator and has a length of at least 1,000 mm, with a contact length. at least 400 mm in this tube.
[018] O segundo trocador de calor entre o tubo capilar e o tubo de sucção a montante do compressor é dimensionado como nos refrigeradores tradicionais.[018] The second heat exchanger between the capillary tube and the suction tube upstream of the compressor is sized as in traditional refrigerators.
[019] Vantagens e características adicionais de um refrigerador de acordo com a presente invenção ficarão claras a partir da descrição detalhada a seguir, fornecida a título de exemplo não limitador em relação aos desenhos em anexo, nos quais: - A Figura 1 é uma vista esquemática de um circuito refrigerante de um refrigerador de acordo com a técnica anterior, - A Figura 2 é uma vista esquemática de um circuito refrigerante de um refrigerador de acordo com a presente invenção, - A Figura 3 mostra um detalhe de um dos dois trocadores de calor da Figura 1 de acordo com uma primeira modalidade, e - A Figura 4 é um detalhe similar ao mostrado na Figura 3 e que se refere a uma segunda modalidade da invenção.Additional advantages and characteristics of a refrigerator according to the present invention will be apparent from the following detailed description, provided by way of non-limiting example with respect to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a view Figure 2 is a schematic view of a refrigerant circuit of a refrigerator according to the prior art. Figure 2 is a schematic view of a refrigerant circuit of a refrigerator according to the present invention. Figure 1 according to a first embodiment, and Figure 4 is a detail similar to that shown in Figure 3 and relates to a second embodiment of the invention.
[020] Com referência aos desenhos e particularmente às Figuras 2 a 4, o circuito refrigerante de acordo com a invenção compreende um compressor 10, um condensador 12, geralmente colocado sobre a parede posterior de um refrigerador, resfriado por convecção natural ou ar forçado, e um secador 14 como normalmente usado em um refrigerador/gelador doméstico.With reference to the drawings and particularly to Figures 2 to 4, the refrigerant circuit according to the invention comprises a compressor 10, a condenser 12, generally placed on the rear wall of a refrigerator, cooled by natural convection or forced air, and a dryer 14 as commonly used in a household refrigerator / freezer.
[021] A jusante do secador, o circuito compreende um único tubo capilar 16 com um diâmetro interno compreendido entre 0,60 e 0,80 mm. Na Figura 1, o tubo capilar 16 é esquematicamente representado como um tubo com uma pluralidade de circuitos, apenas para distingui-lo do tubo de sucção (no campo técnico dos refrigeradores domésticos, é comum representar um tubo capilar dessa maneira).Downstream of the dryer, the circuit comprises a single capillary tube 16 having an internal diameter of between 0.60 and 0.80 mm. In Figure 1, capillary tube 16 is schematically represented as a tube with a plurality of circuits just to distinguish it from the suction tube (in the technical field of household refrigerators, it is common to represent a capillary tube in this manner).
[022] O circuito compreende um primeiro trocador de calor 18 e um segundo trocador de calor 20. O primeiro trocador de calor 18 apresenta um primeiro lado com- posto por uma porção de tubo capilar 16a em contato com uma porção 22 do tubo do circuito entre o primeiro evaporador, ou evaporador com baixa temperatura 17 (colocado no compartimento congelador - não mostrado), e o segundo evaporador, ou evaporador com temperatura mais elevada 19 (colocado no compartimento refrigerador - não mostrado). Um detalhe desse trocador de calor é mostrado na Figura 3, e o requerente determinou por meio de testes experimentais que o comprimento desse tubo/trocador de calor do tubo (com dois tubos paralelos retos e unidos um ao outro por meio de uma fita adesiva de alumínio - não mostrado nos desenhos para fins de clareza) é, de preferência, de ao menos 0,7 m, com mais preferência, mais que 1 m. O comprimento total do tubo capilar é, de preferência, maior que 3,5 m. O diâmetro interno do tubo de sucção 22 situa-se, de preferência, na faixa entre 5 e 8 mm.The circuit comprises a first heat exchanger 18 and a second heat exchanger 20. The first heat exchanger 18 has a first side composed of a capillary tube portion 16a in contact with a portion 22 of the circuit tube. between the first evaporator, or low temperature evaporator 17 (placed in the freezer compartment - not shown), and the second evaporator, or lower temperature evaporator 19 (placed in the refrigerator compartment - not shown). A detail of this heat exchanger is shown in Figure 3, and the applicant has determined by experimental tests that the length of this tube / heat exchanger of the tube (with two straight parallel tubes joined together by an adhesive tape of aluminum - not shown in the drawings for clarity) is preferably at least 0.7 m, more preferably more than 1 m. The total length of the capillary tube is preferably greater than 3.5 m. The inner diameter of the suction tube 22 is preferably in the range of 5 to 8 mm.
[023] De acordo com uma modalidade adicional mostrada na Figura 4, o tubo capilar 16a é enrolado em torno do tubo 22 do circuito refrigerante com o uso de uma fita de alumínio (não mostrada). O comprimento do tubo de sucção sobre o qual o capilar é enrolado em espiral é, de preferência, maior que 0,4 m, com um comprimento do capilar enrolado maior que 1 m.According to an additional embodiment shown in Figure 4, the capillary tube 16a is wrapped around the refrigerant circuit tube 22 using an aluminum strip (not shown). The length of the suction tube over which the capillary is spiral wound is preferably greater than 0.4 m, with a length of the wound capillary greater than 1 m.
[024] O segundo trocador de calor 20 é similarmente composto de uma porção de tubo capilar 16b e uma porção 24 de tubo de sucção a montante do compressor 10. O comprimento desse trocador de calor com dupla tubulação 20 é substancialmente similar ao conhecido em refrigeradores comuns e, portanto, não será descrito em detalhes aqui.The second heat exchanger 20 is similarly composed of a capillary tube portion 16b and a suction tube portion 24 upstream of compressor 10. The length of this double-pipe heat exchanger 20 is substantially similar to that known in refrigerators. common and therefore will not be described in detail here.
[025] A solução de acordo com a invenção pode ser aplicada a produtos resfriados diretamente com evaporadores (evaporadores estáticos nos compartimentos congelador e refrigerador) e produtos híbridos (congeladores do tipo Frost Free e refrigeradores estáticos).[025] The solution according to the invention can be applied to products cooled directly with evaporators (static evaporators in the freezer and refrigerator compartments) and hybrid products (Frost Freezers and static refrigerators).
[026] A atividade de teste conduzida pelo requerente em um refrigerador (com compartimentos congelador e refrigerador) com um volume interno total de cerca de 300 litros mostra os principais benefícios obtidos com a aplicação do ciclo de acordo com a invenção em um produto com congelador integrado e montado na parte de baixo do eletrodoméstico e com o uso de um único refrigerante. Tais vantagens ainda são significativas em comparação com uma solução técnica de acordo com a invenção e uma amostra previamente testada com uma mistura não azeotró-pica de refrigerantes de hidrocarbonetos, por exemplo, propano/butano normal (R290/R600).[026] The test activity conducted by the applicant on a refrigerator (with freezer and refrigerator compartments) with a total internal volume of about 300 liters shows the main benefits obtained from applying the cycle according to the invention to a freezer product. integrated and mounted on the underside of the appliance using a single refrigerant. Such advantages are still significant compared to a technical solution according to the invention and a sample previously tested with a non-azeotropic mixture of hydrocarbon refrigerants, for example, normal propane / butane (R290 / R600).
[027] Foram conduzidos testes com um refrigerador/congelador resfriado diretamente com evaporadores em série (de acordo com o Padrão IEC 62552) e os resultados são mostrados a seguir: - Com uma mistura R290/R600a (20/80): consumo de energia de 424 Wh/24 h - Com um único refrigerante R600a: consumo de energia de 447 Wh/24 h (+4,9%) [028] O consumo de energia do mesmo produto sem o trocador de calor adicional de acordo com a invenção é de aproximadamente 470 Wh/24 h; portanto, cerca de 5% maior que se comparado a um refrigerador de acordo com a invenção.[027] Tests were conducted with a chiller / freezer cooled directly with series evaporators (according to IEC 62552 Standard) and the results are shown below: - With a R290 / R600a (20/80) mixture: power consumption 424 Wh / 24h - With a single R600a refrigerant: 447 Wh / 24h (+ 4.9%) power consumption [028] The power consumption of the same product without the additional heat exchanger according to the invention is approximately 470 Wh / 24 h; therefore, about 5% larger than compared to a refrigerator according to the invention.
[029] O trocador de calor adicional resfria mais refrigerante no capilar; isso permite que o refrigerante flua para o evaporador com menos vapor, aumentando a eficiência do evaporador.[029] Additional heat exchanger cools more refrigerant in the capillary; This allows the refrigerant to flow into the evaporator with less steam, increasing the evaporator efficiency.
[030] Nos testes conduzidos pelo requerente, foi usada uma taxa de fluxo de massa de 4,1 l/min (medida com nitrogênio a 1 MPa (10 bar)). Em qualquer caso, a solução também pode ser aplicada com taxas de fluxo diferentes (indicativamente, de 3,8 l/min a 5 l/min).In tests conducted by the applicant, a mass flow rate of 4.1 l / min (measured with nitrogen at 1 MPa (10 bar)) was used. In either case, the solution can also be applied at different flow rates (indicatively from 3.8 l / min to 5 l / min).
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