BRPI0317547B1 - Sistema de refrigeração possuindo compressor alternativo - Google Patents

Description

"SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO POSSUINDO COMPRESSOR ALTERNATIVO" CAMPO TÉCNICO A presente invenção está relacionada a um sistema de refrigeração para efetuar uma operação de compressão sobre um refrigerante por um compressor alternativo e, mais particularmente, a um sistema de refrigeração possuindo um compressor alternativo que é capaz de melhorar um desempenho de lubrificação e também um desempenho de um sistema de refrigeração pelo uso de um lubrificante possuindo uma excelente compatibilidade com um gás natural para um compressor alternativo do sistema de refrigeração que utiliza o gás natural .

TÉCNICA ANTERIOR

Como os cloro flúor carbonetos (CFC), que são refrigerantes usados para refrigeradores, condicionadores de ar e similares, são conhecidos como uma matéria prima que danifica a camada de ozônio da estratosfera, estão sendo continuamente efetuadas pesquisas sobre refrigerantes substitutos .

Os CFC compreendem o Rll (tricloro monoflúor metano) , R12 (dicloro diflúor metano), R13 e similares, dos quais o R12, largamente utilizado como um refrigerante para um refrigerador, é um dos materiais sujeitos â legislação como sendo uma matéria prima que causa redução da camada de ozônio e gera um efeito de aquecimento global. Dessa forma, pesquisas estão sendo conduzidas sobre um refrigerante natural como um refrigerante substituto. 0 termo refrigerante natural se refere a um material usado como um refrigerante que existe naturalmente na terra, tal como água, amônia, nitretos, dióxido de carbono, propano, butano e similares, e não um composto artificial. Sabendo-se que ele não exerce uma influência negativa sobre o ambiente global, a aplicação do refrigerante natural como um refrigerante é bem vista.

Dentre os refrigerantes naturais, os hidrocarbone-tos compreendem apenas carbono e hidrogênio e incluem o metano (R50), etano (R170), propano (R290), butano (R600), i-sobutano (R600a), propileno (R1270) ou similares. Os hidro-carbonetos não são tóxicos, são quimicamente estáveis e, especialmente, apresentam uma solubilidade apropriada em um óleo mineral.

Além disso, os hidrocarbonetos possuem um potencial zero de desgaste de ozônio e um índice de aquecimento global muito baixo. Isto é, quando o índice de aquecimento global do dióxido de carbono é considerado como "1", o índice de aquecimento global do R12 é de 7100, do R134a é de 1200, enquanto o do propano é muito baixo, de apenas 3.

Especialmente, o isobutano (R600a) é um gás natural ambientalmente não agressivo, que não prejudica a camada de ozônio e não exerce influência sobre o efeito estufa. Isto é, o isobutano (R600a), um tipo de gás natural obtido por refino do gás de hidrocarbonetos criado em um processo de refino de petróleo com um alto grau de pureza, é um refrigerante que não contém qualquer fator ambientalmente prejudicial , No entanto, apesar de todos estas vantagens, sobutano (R600a) é de difícil combinação com o óleo refrigerante atualmente usado para sistemas de refrigeração devido às suas propriedades químicas e elétricas. Portanto, existe uma demanda pelo desenvolvimento de um óleo refrigerante a-dequado para o isobutano (R600a). Especialmente, é relevante a demanda por um óleo refrigerante que possa ser usado para um compressor alternativo para a compressão de isobutano (RSOOa). A Figura 1 mostra um esquema de um circuito de um sistema de refrigeração geral.

Tal como pode ser visto na Figura 1, um circuito de refrigeração usado atualmente inclui: um evaporador 2 para efetuar uma operação de resfriamento a medida que um refrigerante em baixa temperatura e baixa pressão é evaporado; um compressor 4 para comprimir o refrigerante gasoso em baixa temperatura e baixa pressão descarregado a partir do evaporador 2 para um refrigerante gasoso a uma temperatura elevada e pressão elevada; um condensador 6 para mudar o refrigerante gasoso em temperatura elevada e pressão elevada descarregado a partir do compressor 4 para um refrigerante líquido em alta temperatura e alta pressão; e um tubo capilar 8 para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador 6 de forma a ser facilmente evaporado e transferi-lo para o evaporador 2. 0 refrigerante usado para o sistema de refrigeração é um refrigerante natural, sendo especialmente usado um hidrocarboneto.

Uma vez que o lubrificante 50 usado para o compressor alternativo do sistema de refrigeração é usado como um óleo refrigerante para o compressor que comprime um refrigerante natural, suas características físicas e químicas devem estar em harmonia com o refrigerante natural.

Isto é, o lubrificante usado como o óleo refrigerante do compressor alternativo deve possuir características tais que ele possa proteger bem um filme de óleo mesmo que o refrigerante esteja dissolvido, deve ser térmica e química-mente estável de modo a não reagir apesar de estar em contato com o refrigerante ou um material orgânico, metal, em uma temperatura elevada ou em baixa temperatura, e deve possuir uma elevada estabilidade térmica, de forma a não gerar um sedimento de carbono nem ser oxidado em uma parte de alta temperatura do compressor.

Para atender a tais características, propriedades do lubrificante tais como sua viscosidade cinemática, ponto de escoamento, densidade, número de ácido total, teor de ã-gua e similares, funcionam como fatores críticos.

Portanto, caso o lubrificante usado para o compressor alternativo comprimindo o refrigerante natural não esteja em harmonia com o refrigerante do refrigerador, o ó-leo poderia vazar. Então, a circulação de óleo é deteriorada degradando um desempenho de transferência de calor do refrigerador e um desempenho de lubrificação, resultando em que as partes sob atrito de cada peça em movimento sejam desgastadas e portanto danificando tais peças.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Portanto, ura objetivo da presente invenção é o de prover um sistema de refrigeração possuindo um compressor alternativo que é capaz de melhorar um desempenho de lubrificação e um desempenho de um sistema de refrigeração pelo uso de um gás natural como um refrigerante para o sistema de refrigeração e uso de um lubrificante bem harmonizado com o gás natural para o compressor alternativo.

Para atingir tais objetivos, é provido um compressor alternativo incluindo: um evaporador para efetuar uma operação de resfriamento a medida que um refrigerante é evaporado; um compressor alternativo que inclui uma unidade de acionamento possuindo um estator consistindo de um estator externo fixado no interior de um recipiente hermético, um estator interno disposto com uma certa folga de ar em relação à uma superfície circular interna do estator externo, e uma bobina de enrolamento enrolada em um dentre o estator externo e do estator interno, à qual é aplicada energia proveniente de uma fonte externa, um movimentador consistindo de magnetos dispostos em intervalos regulares entre o estator externo e o estator interno e movimentados de forma linear e alternativo quando energia é aplicada à bobina de enrolamento e a um quadro de magneto, em que os magnetos estão montados, para transmitir uma força de movimento linear recíproco para uma unidade de compressão, uma unidade de compressão para efetuar uma operação de compressão sobre um refrigerante ao receber a força de movimento linear recíproco da unidade de acionamento, e uma unidade de lubrificação para suprir o lubrificante, um tipo de óleo mineral, a cada parte móvel da unidade de acionamento e da unidade de compressão e efetuar uma operação de lubrificação; um condensa-dor para mudar o refrigerante comprimido no compressor alternativo para um refrigerante líquido; um tubo capilar para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do conden-sador e transmiti-lo para o evaporador; um refrigerante de um composto orgânico sugado para o interior do evaporador e compreendendo carbono e hidrogênio, um tipo de refrigerante natural e sendo combustível e explosível; e um lubrificante de base mineral armazenado no interior de um recipiente hermético do compressor alternativo e efetuando uma operação de lubrificação sobre cada peça deslizante.

No sistema de refrigeração da presente invenção, é adicionalmente provido um controlador para variar uma capacidade de um compressor, dependendo de uma temperatura do ambiente e do ambiente.

No sistema de refrigeração da presente invenção, o controlador determina um valor de saída de acordo com uma diferença de fase entre uma corrente e uma tensão.

No sistema de refrigeração da presente invenção, a unidade de compressão inclui um pistão conectado ao movimen-tador e movimentado de forma linear e alternativo; um cilindro no interior do qual o pistão é inserido de forma deslizante, formando uma certa câmara de compressão; uma válvula de sucção montada em uma passagem de refrigerante 56 formada no pistão e impedindo um retro-fluxo do refrigerante após ser introduzido na câmara de compressão; e uma válvula de descarga montada no lado frontal do cilindro e efetuando uma operação de abertura e fechamento sobre um refrigerante comprimido .

No sistema de refrigeração da presente invenção, a unidade de lubrificação inclui uma unidade de bombeamento de lubrificante para bombear um lubrificante preenchido em uma certa quantidade em uma parte inferior do recipiente hermético; e uma passagem de suprimento de lubrificante para suprir o lubrificante bombeado pela unidade de bombeamento de lubrificante para uma parte com atrito entre o pistão e o cilindro.

No sistema de refrigeração da presente invenção, o isobutano (R600a), o qual é baseado em hidrocarboneto e possui uma fórmula molecular de CH(CH3)3, é usado como o refrigerante.

No sistema de refrigeração da presente invenção, o lubrificante é um lubrificante a base de parafina.

No sistema de refrigeração da presente invenção, o lubrificante possui uma densidade de 0,866 a 0,880 g/cm3 e um ponto de fulgor acima de 140 °C.

No sistema de refrigeração da presente invenção, o lubrificante possui uma viscosidade cinemática de 7,2 a 21,8 mm2/s em uma temperatura de 40 °C e um índice de viscosidade de 73 a 99.

No sistema de refrigeração da presente invenção, o lubrificante possui um ponto de escoamento abaixo de -25 °C e um número de ácido total abaixo de 0,01 mg de KOH/g.

No sistema de refrigeração da presente invenção, o lubrificante possui um teor de água abaixo de 20 ppm e uma tensão de decomposição acima de 30 kV.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 ilustra a estrutura de um ciclo de refrigeração de um sistema de refrigeração geral; e A Figura 2 é uma vista em corte de um compressor alternativo geral.

MODOS PARA EFETIVAR AS MODALIDADES PREFERIDAS A Figura 1 ilustra a estrutura de um ciclo de refrigeração de um sistema de refrigeração geral e a Figura 2 é uma vista em corte de um compressor alternativo geral. O ciclo de refrigeração do sistema de refrigeração inclui: um evaporador 2 para efetuar uma operação de resfriamento a medida que um refrigerante em baixa temperatura e baixa pressão é evaporado; um compressor 4 para comprimir o refrigerante gasoso a baixa temperatura e baixa pressão descarregado a partir do evaporador 2 para um refrigerante gasoso em alta temperatura e alta pressão; um condensador 6 para mudar o refrigerante gasoso em alta temperatura e alta pressão descarregado a partir do compressor 4 para um refrigerante líquido a alta temperatura e alta pressão; e um tubo capilar 8 para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador 6 para que seja facilmente evaporado e transferi-lo para o evaporador. O sistema de refrigeração inclui um controlador (não é mostrado) que determina um valor de saída de acordo com uma diferença de fase entre uma corrente e uma tensão de modo a variar uma capacidade do compressor dependendo de uma\ temperatura ambiente e do ambiente.

Como mostrado na Figura 2, o compressor 4 inclui: um recipiente hermético 24 no qual se encontram um tubo de sucção 20, para sugar um refrigerante, e um tubo de descarga 22, para descarregar um refrigerante comprimido; uma unidade de acionamento 26 disposta no interior do recipiente hermético 24 e gerando uma força de movimentação recíproca; uma unidade de compressão 28 para efetuar uma operação de compressão sobre o refrigerante ao receber uma força de movimentação recíproca gerada a partir da unidade de acionamento 26; e uma unidade de lubrificação 30 para efetuar uma operação de lubrificação sobre cada peça móvel da unidade de a-cionamento 26 e da unidade de compressão 28. A unidade de acionamento 26 consiste de um estator 32 fixado no interior do recipiente hermético 24, e um movi-mentador 34 disposto em afastamento em relação ao estator 32 e movimento de forma linear e alternativa por uma interação com o estator 32 quando energia é aplicada ao estator 32. O estator 32 inclui um estator cilíndrico externo 38 fixado por um quadro de suporte 36 fixado no interior do recipiente hermético 24, um estator interno 40 disposto com uma certa folga ou fresta de ar em relação à uma superfície circular interna do estator externo 38, e uma bobina de en-rolamento 42 enrolada no interior do estator externo 38 à qual é aplicada energia proveniente de uma fonte externa. O movimentador 34 inclui um magneto 46 disposto com um certo espaço entre o estator externo 38 e o estator interno 40 e movimentado de forma linear e alternativa guando energia é aplicada à bobina de enrolamento 42, e um fixador de magneto 48 possuindo magnetos 46 montados em intervalos iguais em sua superfície circular externa e estando conectado a um pistão 50 da unidade de compressão 28. A unidade de compressão 28 inclui um pistão 50 conectado ao fixador de magneto 48 e movimentado de forma linear e alternativa; um cilindro 54 no qual o pistão 50 é inserido de forma deslizante para formar uma certa câmara de compressão 36; uma válvula de sucção 58 montada em uma passagem de refrigerante 56 formada no pistão 50 e impedindo um retro-fluxo do refrigerante após ser introduzido na câmara de compressão 52; e uma válvula de descarga 60 montada no lado frontal do cilindro 54 e efetuando uma operação de a-bertura e fechamento sobre um refrigerante comprimido. A unidade de lubrificação 30 inclui um lubrificante 62 cheio em uma certa quantidade na parte inferior do recipiente hermético 24; uma unidade de bombeamento de lubrificante 68 para bombear o lubrificante 62; e uma passagem de suprimento de lubrificante 64 para suprir o lubrificante 62 bombeado pela unidade de bombeamento de lubrificante 68 para uma parte em atrito entre o pistão 50 e o cilindro 54.

Será agora explanada a operação do sistema de refrigeração montado tal como foi acima descrito.

Quando o compressor 4 ê acionado, o refrigerante gasoso a baixa temperatura e baixa pressão é comprimido a um refrigerante gasoso de alta temperatura e alta pressão, o qual é a seguir introduzido no condensador 6 e modificado para um refrigerante líquido. 0 refrigerante líquido descarregado a partir do condensador é descomprimido ao passar pelo tubo capilar 8 e a seguir transferido para o evaporador 2. neste momento, o ar é resfriado ao passar através do evaporador 2 e fornecido a sistema de refrigeração, desse modo efetuando uma operação de resfriamento no mesmo. A operação do compressor alternativo será agora descrita em detalhes.

Quando energia é aplicada à bobina de enrolamento 42, é formado um fluxo em torno da bobina de enrolamento 42, formando um enlace fechado ao longo do estator externo 38 e o estator interno 40. pela interação do fluxo formado entre o estator externo 38 e o estator interno 40 e o fluxo formado pelo magneto 46, o magneto 46 é linearmente deslocado em uma direção axial. Quando a direção de uma corrente aplicada à bobina de enrolamento 42 é por sua vez modificada, o magneto 46 ê movimentos de forma linear e alternativa a medida que o fluxo da bobina de enrolamento 42 é modificado. A seguir, o movimento do magneto 46 é transferido para o pistão 50 pelo fixador de magneto 48 e, assim sendo, o pistão 50 é movimentado de forma linear e alternativa no interior do cilindro 54, efetuando desse modo uma operação de compressão sobre o refrigerante.

Isto é, quando o pistão 50 é recuado, o refrigerante introduzido no tubo de sucção 20 é suprido à câmara de compressão 52 através da passagem de sucção 56 formada no pistão 50. enquanto isto, quando o pistão 50 avança, a passagem de sucção 56 é fechada pela válvula de sucção 58, o refrigerante no interior da câmara de compressão 52 e comprimido e o refrigerante comprimido é descarregado para o exterior através do tubo de descarga 22.

Durante a operação de compressão, o lubrificante 62 preenchido no recipiente hermético 24 é bombeado de acordo com a operação da unidade de bombeamento de lubrificante 68 e suprido à parte em atrito entre o pistão 50 e o cilindro 54 através da passagem de suprimento de lubrificante 64, para uma operação de lubrificação.

Um refrigerante natural não agressivo para o meio ambiente é usado para o sistema de refrigeração montado e operado tal como foi acima descrito.

Dentre os refrigerantes naturais é usado principalmente um refrigerante de um composto orgânico consistindo apenas de carbono e hidrogênio, do qual os hidrocarbonetos não apresentam toxicidade, são quimicamente estáveis, possuem um potencial zero de desgaste de ozônio e um índice de aquecimento global muito baixo. Os hidrocarbonetos incluem o R50 (metano), etano (R170), propano (R290), butano (R600), isobutano (R600a), ou propileno (R1270), etc.

Especialmente, o isobutano (R600a) baseado em hi-drocarboneto, possui uma fórmula de CH(CH3)3 e é um gás natural não agressivo para o meio ambiente, que não danifica a camada de ozônio nem afeta o efeito estufa. Assim sendo, o isobutano é usado como um refrigerante comprimido pelo compressor alternativo da presente invenção.

Como o lubrificante 5 para efetuar uma operação de lubrificação para o compressor alternativo da presente in- venção, é usado um óleo mineral que possui uma compatibilidade favorável com o hidrocarboneto e atende às exigências quanto às características físicas e químicas.

Os óleos minerais se dividem em um óleos minerais a base de parafinas e óleos minerais à base de naftaleno. Na presente invenção são usados óleos lubrificantes minerais a base de parafinas. É preferido que o lubrificante a base de parafina possua uma densidade de 0,866 a 0,880 g/cm3 a uma temperatura de 15 °C.

Um ponto de fulgor do lubrificante a base de parafina varia dependendo do tamanho e tipo do compressor alternativo. De preferência, ele fica acima de 140 °C e pode estar abaixo de 165 °C, abaixo de 175 °C, abaixo de 185 °C e abaixo de 200 °C, de acordo com o tipo de compressor adotado. A viscosidade cinemãtica do lubrificante a base de parafina é de preferência de 7,2 a 21,8 mm2/s a uma temperatura de 40 °C e mais preferivelmente é de 8,29 mm2/s a 10,3 mm2/s, dependendo do tamanho e tipo do compressor alternativo adotado. 0 índice de viscosidade do lubrificante a base de parafina é de preferência de 73 a 99. 0 ponto de escoamento do lubrificante a base de parafina fica de preferência abaixo de -25 °C. 0 número de ácido total do lubrificante a base de parafina fica abaixo de 0,01 mg de KOH/g. 0 número de ácido total do lubrificante, representando uma quantidade de um componente ácido contido em um óleo, indica uma quantidade de hidróxido de potássio necessária para neutralizar um componente ácido contido em 1 g de amostra do óleo pelo número de mg.

Uma quantidade de água do lubrificante a base de parafina fica de preferência abaixo de 20 ppm.

Uma tensão de decomposição do lubrificante a base de parafina fica de preferência acima de 30 KV.

Como foi acima descrito, o sistema de refrigeração possuindo um compressor alternativo da presente invenção a-presenta vantagens pois, uma vez que ele usa hidrocarbone-tos, o refrigerante natural, e o lubrificante a base de parafina, um tipo de óleo mineral com uma excelente compatibilidade com o hidrocarboneto como um lubrificante para efetuar uma operação de lubrificação para o compressor alternativo. Portanto, o desempenho de lubrificação é melhorado e um desempenho do sistema de refrigeração pode ser melhorado.

Ficará claro para os técnicos na área que várias modificações e variações podem ser efetuadas no sistema de refrigeração possuindo um compressor alternativo da presente invenção sem constituir um afastamento do espírito ou escopo da mesma. Dessa forma, ê desejado que a presente invenção englobe as modificações e variações da mesma contanto que elas se insiram no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

Claims (11)

1. Sistema de refrigeração, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um evaporador para efetuar uma operação de resfriamento a medida que um refrigerante é evaporado; um compressor alternativo que inclui uma unidade de acionamento possuindo um estator consistindo de um esta-tor externo fixado no interior de um recipiente hermético, um estator interno disposto com uma certa folga de ar com uma superfície circular interna do estator externo, e uma bobina de enrolamento enrolada em um dentre o estator externo e do estator interno, à qual é aplicada energia proveniente de uma fonte externa, um movimentador consistindo de ímãs dispostos em intervalos regulares entre o estator externo e o estator interno e movimentados de forma linear e alternativa quando energia é aplicada à bobina de enrolamento e a um quadro de ímã, em que os ímãs estão montados, para transmitir uma força de movimento alternativo linear para uma unidade de compressão, uma unidade de compressão para efetuar uma operação de compressão sobre um refrigerante ao receber a força de movimento linear alternativo da unidade de acionamento, e uma unidade de lubrificação para suprir o lubrificante, um tipo de óleo mineral, a cada parte móvel da unidade de acionamento e da unidade de compressão e efetuar uma operação de lubrificação; um condensador para mudar o refrigerante comprimido no compressor alternativo para um refrigerante líquido; um tubo capilar para descomprimir o refrigerante descarregado a partir do condensador e transmití-lo para o evaporador; um refrigerante de um composto orgânico sugado para o interior do evaporador e compreendendo carbono e hidrogênio, um tipo de refrigerante natural e sendo combustível e explosivo; e um lubrificante de base mineral armazenado no interior de um recipiente hermético do compressor alternativo e efetuando uma operação de lubrificação sobre cada peça deslizante.

2. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende um controlador para variar uma capacidade do compressor de acordo com uma temperatura do ambiente e do ambiente.

3. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador determina um valor de saída de acordo com uma diferença de fase entre uma corrente e uma tensão.

4. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de compressão compreende: um pistão conectado ao movimentador e movimentado de forma linear e alternativa; um cilindro no interior do qual o pistão é inserido de forma deslizante para formar uma certa câmara de compressão; uma válvula de sucção montada em uma passagem de refrigerante formada no pistão e impedindo um retro-fluxo do refrigerante após ser introduzido na câmara de compressão; e uma válvula de descarga montada no lado frontal do cilindro e efetuando uma operação de abertura e fechamento sobre um refrigerante comprimido.

5. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de lubrificação compreende: uma unidade de bombeamento de lubrificante para bombear um lubrificante preenchido em uma certa quantidade em uma parte inferior do recipiente hermético; e uma passagem de suprimento de lubrificante para suprir o lubrificante bombeado pela unidade de bombeamento de lubrificante para uma parte com atrito entre o pistão e o cilindro.

6. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o isobutano (R600a), o qual e baseado em hidrocarboneto e possui uma fórmula molecular de CH(CH3)3, é usado como o refrigerante.

7. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante é um lubrificante a base de parafina.

8. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante possui uma densidade de 0,866 a 0,880 g/cm3 e um ponto de fulgor acima de 140 °C.

9. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante possui uma viscosidade cinemãtica de 7,2 a 21,8 mm2/s em uma temperatura de 40 °C e um índice de viscosidade de 73 a 99.

10. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante possui um ponto de escoamento abaixo de -25 °C e um número de ácido total abaixo de 0,01 mg de KOH/g.

11. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante possui um teor de água abaixo de 20 ppm e uma tensão de decomposição acima de 30 kV.