BRPI0621954A2

BRPI0621954A2 - sistema de refrigeração para transporte, método para aumentar a capacidade de aquecimento de um sistema de refrigeração para transporte, aparelho de aquecimento para um sistema de refrigeração para transporte, e, método para reforçar a capacidade de aquecimento de um sistema de refrigeração para transporte

Info

Publication number: BRPI0621954A2
Application number: BRPI0621954-3A
Authority: BR
Inventors: David R Siegenthaler
Original assignee: Carrier Corp
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2011-12-20
Also published as: WO2008010804A1; EP2043885A4; US20090250190A1; EP2043885A1; CN101573244B; CN101573244A

Abstract

SISTEMA DE REFRIGERAçãO PARA TRANSPORTE, MéTODO PARA AUMENTAR A CAPACIDADE DE AQUECIMENTO DE UM SISTEMA DE REFRIGERAçãO PARA TRANSPORTE, APARELHO DE AQUECIMENTO PARA UM SISTEMA DE REFRIGERAçAO PARA TRANSPORTE, E, MéTODO PARA REFORçAR A CAPACIDADE DE AQUECIMENTO DE UM SISTEMA DE REFRIGERAçãO PARA TRANSPORTE Um sistema de refrigeração para transporte que utiliza o calor de compressão para seletivamente fornecer calor a um espaço de carga por intermédio da serpentina de evaporador, é munido de capacidade de aquecimento otimizada durante condições ambientes mais baixas fazendo com que o calor proveniente de um radiador de motor a circule sobre a serpentina de condensador para de esse modo aumentar a pressão e temperatura de condensação e assim elevar o calor de compressão e o calor sendo fornecido ao espaço. Previsão é também feita para fazer com que o ar quente proveniente do motor propriamente dito a circular sobre o radiador do motor e a serpentina de condensador para adicionalmente otimizar a capacidade de aquecimento. Vários esquemas de registro e obturador também são apresentados como modalidades alternativas.

Description

"SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO PARA TRANSPORTE, MÉTODO PARA AUMENTAR A CAPACIDADE DE AQUECIMENTO DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO PARA TRANSPORTE, APARELHO DE AQUECIMENTO PARA UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO PARA TRANSPORTE, E, MÉTODO PARA REFORÇAR A CAPACIDADE DE AQUECIMENTO DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO PARA TRANSPORTE"

Fundamentos da Invenção

A presente invenção trata genericamente de sistemas de refrigeração e, mais especificamente de sistemas de refrigeração de transporte operando em condições ambiente de baixa temperatura.

Para o transporte de artigos que são requeridos a ser mantidos frios ou congelados, veículos tais como caminhões, viaturas-reboque, vagões ferroviários, ou containeres refrigerados são munidos de um sistema de refrigeração que se interconecta com o espaço de carga para resfria a carga a uma temperatura predeterminada. Durante períodos que o veículo está localizado em uma área sob condições de temperatura ambiente relativamente baixa, a temperatura no interior do espaço de carga pode cair a temperaturas inconvenientemente baixas, tais que a ara poderia ser danificada. Por conseguinte, faz-se necessário conferir calor ao espaço de carga interno de modo a prevenir que as temperaturas caiam a estes níveis.

Um método que tem sido usado para conferir calor a um contêiner é aquele de utilizar o calor refrigerante de compressão. Todavia, em ambientes extremamente frios existe um calor mínimo de compressão que pode ser gerado porque grande parte do calor é perdida para a atmosfera circundante no condensador e canalizações de interligação. Se o calor de compressão é insuficiente para superar as condições de temperatura mais baixas dano à carga pode resultar.

Uma unidade de refrigeração de transporte normalmente inclui um motor a diesel para acionar o compressor do sistema.

O motor a diesel normalmente tem um sistema de refrigerante líquido que inclui um radiador para refrigerar o líquido por intermédio de um trocador de calor de líquido em ar ou radiador. Desta maneira, o calor proveniente do motor é passado para o ambiente por intermédio do radiador. É usual dispor-se o radiador adjacente ao condensador com um único ventilador para aspirar o ar de refrigeração primeiramente através do condensador e a seguir através do radiador após que passa para o ambiente.

Sumário da Invenção

Sucintamente, de acordo com um aspecto da invenção, durante períodos em que o sistema de refrigeração está operando sob condições de temperatura muito baixas, o sistema de aquecimento normal é suplementado por um sistema de aquecimento no qual o calor perdido proveniente do radiador do motor é usado para aumentar a pressão e a temperatura de condensação de modo a elevar o calor de compressão e a quantidade de calor que é disponível para manter a temperatura da carga.

Segundo outro aspecto da invenção, um ventilador que normalmente funciona para aspirar ar de refrigeração primeiramente através de uma bobina de condensador e a seguir através de uma serpentina de condensador e a seguir através da serpentina de radiador, é operado em reverso durante o ciclo de aquecimento para fazer com que o ar passe através da serpentina do radiador para desse modo aumentar o calor de compressão no sistema.

Por ainda outro aspecto da invenção, além do calor proveniente do motor é levado a passar sobre a serpentina de condensador para desse modo aumentar adicionalmente o calor de compressão sobre o sistema.

Nos desenhos conforme doravante descrito, uma modalidade preferencial é representada; todavia, várias outras modificações e construções podem realizadas sem se afastar do fiel espírito e ambiente da invenção. Descrição Sucinta dos Desenhos

A fig. 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de refrigeração para transporte operando no modo de resfriamento de acordo com a técnica anteriormente existente;

A fig. 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de refrigeração para transporte operando no modo de aquecimento de acordo com a técnica anteriormente existente.

A fig. 3 é uma ilustração esquemática de uma vista lateral mostrando o fluxo de ar através do sistema durante um modo de resfriamento de acordo com a presente invenção;

A fig. 4 é uma ilustração esquemática de uma vista lateral mostrando o fluxo de ar através do sistema durante o ciclo de aquecimento de acordo com a presente invenção;

A fig. 5 é uma vista lateral de uma sua modalidade de realização alternativa;

A fig. 6 é uma vista lateral esquemática do fluxo de a durante um modo de refrigeração de acordo com uma modalidade alternativa;

A fig. 7 é uma vista lateral esquemática do modo de aquecimento de acordo com uma abordagem alternativa; e

A fig. 8 é uma ilustração esquemática de outra modalidade alternativa da invenção.

Descrição da Modalidade Preferencial

Reportando-se a seguir à fig. 1, é mostrado um sistema de refrigeração para transporte convencional que inclui os componentes primários de um compressor 11, um condensador 12, uma válvula de expansão 13 e um evaporador 14, todos conectados em relação de fluxo serial para operar como um sistema de refrigeração por compressão de vapor de uma maneira normal. O compressor 14 eleva a pressão e a temperatura do refrigerante e o força através da válvula de retenção de descarga 16 e para o interior dos tubos de condensador. O ventilador de condensador circunda o ar circundante sobre o exterior dos tubos de condensador. Os tubos possuem aletas configuradas para aperfeiçoar a transferência de calor do gás refrigerante para o ar. Esta remoção de calor faz com que o refrigerante se liqüefaça. O refrigerante líquido deixa o condensador 12 e flui através da válvula de comando magnético 17 (normalmente aberta) e para o receptor 18.

O receptor 18 armazena carga adicional necessária para operação a baixa temperatura ambiente e para os modos de operação de aquecimento e degelo.

O refrigerante deixa o receptor 18 e flui através da válvula de serviço da linha de líquido manual 19 para o sub-resfriador 21. O sub- resfriador 21 ocupa uma parte da superfície da serpentina de condensação principal e desprende calor adicional para o ar de passagem.

O refrigerante então flui através de um filtro secador 22 onde um absorvente mantém o refrigerante limpo e seco, e a seguir para a válvula a solenóide de linha de líquido eletricamente controlada 23, que, quando aberta, permite o fluxo de refrigerante líquido para o trocador de calor de "líquido/sucção" 24 onde o líquido é adicionalmente reduzido em temperatura desprendendo parte deste calor para o gás de aspiração. O líquido então flui para a válvula de expansão 13 que de preferência é uma válvula de expansão termostática externamente compensada que reduz a pressão do líquido e mede o fluxo de refrigerante líquido para o evaporador 14 para obter máximo aproveitamento da superfície de transporte de calor

A queda de pressão de refrigerante causada pela válvula de expansão é acompanhada por uma queda em temperatura tal que o fluido a baixa pressão, baixa temperatura que flui para o interior dos tubos de evaporador é mais frio que o ar circulado sobre os tubos de evaporador pelo ventilador do evaporador. Os tubos de evaporador possuem aletas de alumínio para aumentar a transferência de calor, por conseguinte calor é removido do ar circulado sobre o evaporador. Este ar frio é circulado através da totalidade da caixa para manter a carga à temperatura desejada.

A transferência de calor para o refrigerante líquido à baixa temperatura faz com que o líquido se evapore. Este vapor sob baixa pressão, de baixa temperatura passa através do trocador de calor 24 de "linha de sucção/líquido" onde absorve mais calor do líquido de alta pressão/alta temperatura e a seguir retorna ao compressor 11 através da válvula de modulação de aspiração 26. A válvula de modulação de aspiração 26 regula a pressão de aspiração do compressor, desse modo equilibrando a capacidade do compressor com a carga.

Embora a preocupação principal com um sistema de refrigeração para transporte seja com o modo de operação de resfriamento, deve ser reconhecido que em determinadas estações e localidades as temperaturas ambiente são mais baixas que a temperatura desejada para os limites internos da caixa. Por conseguinte, é necessário conferir calor à caixa durante estes períodos de maneira a prevenir que a carga seja exposta a temperaturas abaixo das temperaturas desejadas. Outrossim, existem ocasiões ao operar no modo de resfriamento em que a serpentina do evaporador tem um acúmulo de gelo sobre o mesmo que necessita ser removido de maneira a continuar a operar eficientemente. Isto é realizado por um método de degelo. Tanto o aquecimento como o degelo são comumente realizados pelo uso do "calor de compressão" do sistema. Isto é, quando vapor é comprimido a uma alta pressão e temperatura no compressor 11, a energia mecânica necessária para operar o compressor 11 é transferida para o gás quando está sendo comprimido. Esta energia é designada de "calor de compressão" e é usada como uma fonte de calor durante o ciclo de aquecimento.

Reportando-se à figura 2, quando o controlador da unidade solicita aquecimento, a válvula de solenóide a gás quente 27 se abre e a válvula a solenóide e controle de pressão do condensador 17 se fecha. A serpentina de condensador 12 então se enche de refrigerante, e o gás quente proveniente do compressor 11 ingressa no evaporador 17. Também a válvula a solenóide de linha de líquido 23 permanecerá ativada (válvula aberta) até a pressão de descarga do compressor se elevar a um valor de ajuste predeterminado no microprocessador. O microprocessador desativa a válvula a solenóide de linha líquida 23 e a válvula se fecha para descontinuar o fluxo de refrigerante para a válvula de expansão 13. Quando a capacidade de aquecimento adicional é requerida o microprocessador abe a válvula a solenóide de linha líquida 23 para permitir refrigerante adicional a ser dosado para o interior do ciclo de gás quente através da válvula de expansão 13.

A função da linha de desvio de gás quente 28 é elevar a pressão do receptor quando a temperatura ambiente é baixa (abaixo de - 17,8°C) para que o refrigerador flua do receptor 18 para o evaporador 14 quando necessário.

A requerente identificou que em ambientes frios, existe um calor mínimo de compressão que pode ser gerado que pode ser gerado e este calor de compressão pode não ser suficiente para conferir o calor necessário para manter a temperatura desejada na caixa. Por conseguinte, há conveniência em conferir calor adicional durante estes períodos.

O compressor 14 é tradicionalmente acionado por um motor de combustão interna e de preferência por um motor a diesel. Um motor deste tipo requer algum método de resfriamento de modo a prevenir temperaturas excessivas no seu interior. Isto é normalmente realizado por intermédio de um radiador de um radiador com refrigerante liquido circulando através do motor e através do radiador onde é exposto ao fluxo de ar através do mesmo para o resfriamento do refrigerante.

Reportando-se a seguir à figura 3, a disposição relativa do motor 29 e do radiador 31 fluidicamente conectados é mostrada em relação à serpentina d condensador 12 e a serpentina do evaporado 14. Conforme será visto, a serpentina do radiador 13 está localizada diretamente por trás da serpentina do condensador 12 de tal maneira que quando o ventilador de condensador 32 é acionado pelo motor 33, o ar de resfriamento é levado a passar primeiramente através da serpentina de condensador 12 e a seguir através do radiador 31. Uma parte do ar então passa sobre o motor 29 conforme mostrado, e uma parte passa para fora da abertura 34 para o ambiente. Um registro 36 pode ser previsto para ser usado de uma maneira a ser doravante descrita.

De maneira a reforçar o calor de compressão durante condições de ambiente baixas, o objetivo da presente invenção é utilizar o calor que é refiigado pelo radiador do motor 31 para proporcionar uma fonte de calor adicional para a finalidade. Isto é realizado da maneira conforme mostrada na figura 4.

Aqui, a direção do motor é invertida de tal maneira que o ventilador 32 cause o ar a fluir na direção oposta conforme mostrado. Isto é, o ar ambiente é levado a fluir na abertura 34, através do radiador 31 e a seguir através da serpentina de condensador 12 de tal forma que o ar mais quente sendo recirculado para o interior da corrente de ar de entrada do condensador é usado para reforçar a pressão e temperatura de condensação. A pressão mais alta conduz ao compensador 11 produzindo mais calor de compressão, e por conseguinte mais calor pode ser gerado para manter a temperatura de carga.

Além do calor perdido proveniente do radiador, a posição recíproca dos componentes conforme mostrada na fig. 4 também permite calor proveniente do motor 29 a ser aspirado pelo ventilador 32 e passado para o radiador 31 e a serpentina de condensador 12 para desse modo adicionalmente reforçar o desempenho térmico do sistema.

Ainda que o registro 36, como mostrado nas figs. 3 e 4, esteja na posição aberta, pode ser movido para uma posição fechada para a finalidade de dirigir ar mais quente para o interior e condensador que circulou da passagem pelo motor quente para adicionalmente elevar a temperatura e a pressão de condensação, conforme oposto a apenas captar ar mais frio do ambiente exterior.

Uma modalidade alternativa é mostrada na fig. 5 na qual, devido às condições de acondicionamento, existe uma profundidade mínima disponível para a unidade. Por conseguinte, a seção de evaporador 37 tem um ventilador dedicado 38 e motor de acionamento 39 para circular o ar através da serpentina de evaporador 41. O ventilador de condensador de preferência a ser centralmente localizado no espaço 42, é localizado na sua extremidade inferior de tal modo que o motor 43 é localizado no espaço 41 e o ventilador 44 está localizado entre o espaço 42 e o espaço ocupado pelo compartimento de motor que inclui o motor, gerador e compressor mostrado em 30.

Em operação durante o método de aquecimento, o ventilador é operado em uma direção tal que o ar quente proveniente do compartimento de motor flui para o interior do espaço 42 e através do radiador 31 e o condensador 12 de modo a elevar a pressão de condensação da maneira conforme descrita precedentemente. No modo de resfriamento, o ventilador 44 é operado na direção oposta de tal maneira que o ar circula primeiro através do condensador 12 o radiador 31, o espaço 4 e a seguir através do compartimento do motor.

Reportando-se a seguir às figs. 6 e 7, uma modalidade alternativa é mostrada incluir uma pluralidade de obturadores 46 e um registro 47 conforme mostrado. Durante a operação no modo de resfriamento, o motor de ventilador 33 está acionando o ventilador 2 em uma direção tal que o ar é captado através do condensador 12 e do radiador 31, e os obturadores 46 estão abertos de tal modo que o ar passa através dos mesmos, através do condensador 12 e através do radiador 31. O registro 47 está na posição fechada conforme mostrado.

Durante a operação no modo de aquecimento, os obturadores 46 estão fechados e o registro 47 está aberto como mostrado. O motor de ventilador 33 gira o ventilador 32 em uma direção de ar soprado de tal maneira que o ar passa primeiro através do radiador 31, a seguir através do condensador 12 e para fora da abertura do registro aberto 47 conforme mostrado. Estes registros adicionais servem para bloquear o ar contra entrar no condensador e radiador proveniente da direção indesejada que é oposta ao trajeto de fluxo de ar descrito acima quando a unidade de refrigeração está sendo transportada.

Outra abordagem alternativa é mostrada na fig. 8 na qual o ventilador 32 é acionado por uma correia 48 e é unidirecional. Torna-se assim necessário assegurar outros meios de inverter a direção de fluxo ao trocar do modo de refrigeração para o modo de aquecimento. Para aquela finalidade uma passagem de recirculação de ar 49 é prevista em uma extremidade da unidade conforme mostrado. Também prevista é uma porta 51 que é aberta (conforme mostrada em linha cheia) durante o modo de aquecimento e fechada (como mostrado em linha descontínua) durante o modo de refrigeração. Assim, durante o modo de operação de refrigeração, o ar flui do ventilador para o interior da passagem de circulação de ar 49 e a seguir, com os obturadores 46 na posição fechada, o ar passa através da serpentina de condensador 12 e através do radiador 31.

Durante o modo de refrigeração de operação 51a porta está na posição fechada e os obturadores 46 estão na posição aberta de tal modo que o ar passa primeiro através da serpentina de condensador 12 e a seguir através do radiador 31, e para fora através dos obturadores abertos 51. No modo de aquecimento a direção de ventilador não pode ser invertida com uma abordagem de acionamento por correia, de forma que o ar é dirigido para o interior da passagem 49 e recirculado para o condensador.

Claims

1. Sistema de refrigeração para transporte do tipo tendo um compressor acionado por motor e tendo um ventilador, uma serpentina de condensador e uma serpentina de radiador em relação de fluxo em série de tal forma que durante o modo de operação de resfriamento o ventilador faz com que o ar a circular através da serpentina de condensador e a seguir através da serpentina de radiador, caracterizado pelo fato de que compreende: aparelho para inverter o fluxo de ar durante um modo de aquecimento de operação de tal modo que o ar é forçado a fluir primeiro através da serpentina de radiador e a seguir através da serpentina de condensador de tal maneira que temperatura e a pressão do condensador seja aumentada.

2. Sistema de refrigeração para transporte de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do aparelho inversor de fluxo compreende um aparelho para inverter a direção do ventilador.

3. Sistema de refrigeração para transporte de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do motor ser disposto próximo à serpentina de radiador e adicionalmente pelo fato do aparelho inversor de fluxo fazer com que o ar circule de tal modo que o calor proveniente do motor passe primeiramente através da serpentina de radiador e a seguir através da serpentina de condensador.

4. Sistema de refrigeração para transporte de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um obturador disposto adjacente à serpentina de condensador e adaptado para ser aberto durante o modo de operação de resfriamento e fechado durante o modo de aquecimento de operação.

5. Sistema de refrigeração para transporte de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um registro disposto adjacente à serpentina de condensador e adaptado para ser fechado durante o modo de operação de resfriamento e aberto durante o modo de aquecimento de operação.

6. Sistema de refrigeração para transporte de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do aparelho inversor de fluxo compreender uma passagem de recirculação de ar e porta associada, no qual durante o modo de operação de resfriamento, a porta é aberta e o ar é levado a circular do ventilador para o interior da passagem de recirculação de ar, através da serpentina do condensador e a seguir através da serpentina do radiador, e durante os modos de aquecimento de operação, a porta é fechada e o ar proveniente do ventilador passa primeiramente através do radiador e a seguir através da serpentina do condensador.

7. Método para aumentar a capacidade de aquecimento de um sistema de refrigeração para transporte durante condições de baixa temperatura ambiente, o sistema de refrigeração para transporte sendo do tipo tendo um compressor acionado por motor e tendo um ventilador, uma serpentina de condensador e uma serpentina de radiador em relação de fluxo serial de tal maneira que durante do modo de operação de refrigeração o ventilador faz com que o ar circule através da serpentina de condensador e a seguir através da serpentina de radiador caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: inverter o fluxo de ar de tal maneira que o ar seja levado a circular primeiramente através da serpentina do radiador de tal modo que a temperatura e a pressão da serpentina de condensador sejam aumentadas.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato da etapa de inversão é realizada por intermédio de um ventilador reversível.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de circular o ar sobre o motor de tal maneira que o calor proveniente do motor circule primeiramente através da serpentina do radiador e a seguir através da serpentina de condensador.

10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de fornecer obturadores adjacentes à serpentina de condensador com os obturadores sendo adaptados para se abrir durante o modo de operação de resfriamento e fechados durante o modo de operação de aquecimento.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, e caracterizado pelo fato de compreender a etapa de proporcionar um registro próximo à serpentina de condensador, com o registro sendo adaptado para ser fechado durante o modo de operação de resfriamento e aberto durante o modo de operação de aquecimento.

12. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato da etapa de inverter o fluxo de ar ser realizado por intermédio de uma passagem de circulação de ar e de uma porta associada, com a porta sendo aberta durante períodos de resfriamento de tal modo que o ar passa através de uma passagem de recirculação de ar, através da serpentina de condensador e do radiador, e durante o modo de operação de aquecimento a porta é fechada e o ar passa primeiramente através da serpentina de radiador e a seguir através da serpentina de condensador.

13. Aparelho de aquecimento para um sistema de refrigeração para transporte do tipo que é montado sobre um contêiner de carga e tem um compressor, um condensador, um dispositivo de expansão e um evaporador ligado em relação de fluxo serial, com o evaporador seletivamente proporcionando quer refrigeração quer aquecimento para o contêiner de carga caracterizado pelo fato de que compreende: um conjunto de motor/gerador que inclui um motor de combustão interna para acionar o gerador que, por sua vez, fornece energia elétrica ao sistema de refrigeração, o motor de combustão interna tendo um radiador para troca de calor de um refrigerante no motor com o ar ambiente sendo circulado através do radiador; e aparelho para conduzir o fluxo de ar aquecido do radiador para uma entrada do condensador de modo a aumentar a temperatura do ar circulando sobre o condensador e desse modo aumentar a temperatura e a pressão de condensação.

14. Aparelho de aquecimento de acordo com a reivindicação -13, caracterizado pelo fato do aparelho condutor de fluxo compreender um ventilador reversível.

15. Método para reforçar a capacidade de aquecimento de um sistema de refrigeração para transporte para refrigerar um contêiner e tendo um condensador e um compressor, com o calor de compressão aplicado para aquecer o contêiner durante determinadas condições de baixa temperatura ambiente, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: fornecer um conjunto de motor/gerador que inclui um motor de combustão interna refrigerado a líquido e um radiador para refrigerar o liquido pela transferência de calor para o ar de passagem sobre o radiador; e canalizar o fluxo de ar aquecido do radiador para uma entrada do condensador para aumentar a pressão e temperatura de condensação de modo assim a aumentar o calor de compressão de refrigerante e o calor resultante sendo fornecido ao contêiner.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de canalizar o fluxo de ar aquecido do motor de combustão interna parra circular primeiro sobre o radiador e a seguir sobre o condensador para aumentar a sua temperatura e pressão de condensação.