BRPI0622221A2 - unidade de refrigeraÇço de transporte e aparelho de refrigeraÇço para um sistema de refrigeraÇço de transporte - Google Patents

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David R Siegenthaler
Gary E Dickes
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Abstract

UNIDADE DE REFRIGERAÇçO DE TRANSPORTE E APARELHO DE REFRIGERAÇçO PARA UM SISTEMA DE REFRIGERAÇçO DE TRANSPORTE. Uma unidade de refrigeração de transporte inclui um gerador acionado por motor unitário integralmente montado no qual o gerador é refrigerado pela circulação de óleo sobre as espiras de estator e sobre o rotor para desse modo proporcionar um sistema de refrigeração que é fechado em relação ao ambiente exterior e suscetível de rendimentos de refrigeração aumentada. Em uma modalidade, a circulação do óleo do motor é integrada com o gerador de tal maneira que desempenha a dupla função de refrigerar o gerador. Em outras modalidades, o óleo é contido inteiramente no interior do gerador e é circulado por vários recursos tal como por uma bomba e pulverizador, um aspersor ou imersão total.

Description

"UNIDADE DE REFRIGERAÇÃO DE TRANSPORTE E APARELHO DE REFRIGERAÇÃO PARA UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DE TRANSPORTE"
Fundamentos da Invenção
A presente invenção trata genericamente de sistemas de refrigeração de transporte e, mais especificamente, da refrigeração de um gerador acionado por motor para os mesmos.
Genericamente, sistemas de refrigeração de transporte tais como aqueles usados em viaturas reboque de caminhões têm feito uso de unidades de compressor acionados por correias de transmissão e/ou mecanicamente ligados ou de outro modo por sistemas motrizes de acionamento de ventilador mecanicamente ligados. Isto é, o motor da unidade, tal como um motor diesel, é mecanicamente ligado para acionar tanto a unidade de compressor como os ventiladores do sistema de refrigeração da unidade e outros componentes.
Um aperfeiçoamento significativo para um conjunto deste tipo foi o sistema de refrigeração de transporte denominado "100% elétrico" conforme descrito no documento de Patente US n° 6.223.546 cedido à cessionária da presente invenção. Nessa unidade, um gerador é mecanicamente ligado com o motor do sistema e é usado para gerar a energia elétrica necessária para acionar o compressor e os vários ventiladores do sistema de refrigeração e outros componentes.
Precedentemente, um gerador acionado por motor foi refrigerado por um ventilador disposto numa das extremidades do mesmo e adaptado para circular o ar sobre os componentes de estator e induzido para sua refrigeração. Um efeito de refrigeração significativo é também alcançado circulando ar sobre o gerador para os ventiladores de condensador.
A requerente reconhece que um volume significativo de ar sob uma pressão substancialmente alta é requerido para proporcionar a refrigeração necessária, particularmente para obter circulação suficiente através das pequenas aberturas no rotor para obter a refrigeração requerida.
Outro problema que foi reconhecido nestes sistemas refrigerados a ar é a ocorrência de formação de curtos circuitos do gerador que é causada por contaminação externa. Isto é, o ambiente de transporte é um ambiente agressivo e, quando o ar exterior é circulado através do gerador há uma tendência para o ingresso de contaminantes na unidade e ocasionar a formação de curtos-circuitos elétricos dos enrolamentos. Isto resulta em dano para os componentes e despesas devido ao tempo improdutivo.
Faz-se necessário um processo e aparelho aperfeiçoado para refrigerar o gerador de uma unidade de refrigeração de transporte eletricamente acionada. De interesse específico é uma redução de dimensão e peso.
Sumário da Invenção
Sucintamente, de acordo com um aspecto da invenção, óleo é levado a circular través de e em torno das áreas críticas tanto do rotor como do estator de um gerador de modo a acarretar sua refrigeração.
Por outro aspecto da invenção, o gerador é afixado a e acionado pelo motor do sistema de uma maneira em cantilever a tal modo que o óleo no gerador seja usado somente para refrigeração e não para lubrificação.
De acordo com outro aspecto da invenção, o sistema de óleo do motor de acionamento é integrado com o gerador de tal modo que o óleo de lubrificação do motor seja usado para refrigerar o gerador.
Por ainda outro aspecto da invenção, o óleo é circulado nas áreas criticas no interior do gerador por intermédio de uma pulverização de óleo controlada.
De acordo ainda com outro aspecto da invenção, o óleo é isolado no interior do gerador de tal modo que o rotor e/ou componentes de estator são parcialmente ou totalmente imersos no óleo.
Estes aspectos característicos proporcionam eficiência de refrigeração substancialmente aperfeiçoada, que, por sua vez pode permitir a redução de peso por uma redução dimensional dos componentes. Além disso, superam os problemas de contaminação que tem ocorrido com produtos refrigerados a ar.
Nos desenhos conforme descrito mais adiante uma modalidade preferencial e modalidades alternativas são representadas, todavia, várias outras modificações e construções alternativas podem ser introduzidas sem se afastar do espírito e âmbito da invenção.
Descrição Sucinta dos Desenhos
A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma unidade de refrigeração de transporte como instalada em uma viatura reboque de caminhão de acordo com a técnica anterior;
A figura 2 é uma vista explodida em perspectiva de um gerador acionado por motor de acordo com a técnica anterior;
A figura 3 é uma ilustração esquemática de um sistema de refrigeração de gerador de acordo com uma modalidade da invenção;
A figura 4 é uma modalidade alternativa do mesmo;
A figura 5 é outra modalidade alternativa do mesmo;
A figura 6 é uma ainda outra modalidade alternativa do mesmo;
Descrição da Modalidade Preferencial
Na fig. 1 é mostra uma ilustração típica de uma unidade de refrigeração de viatura reboque 11 que é encerrada com uma cobertura externa 12 e afixada a uma viatura reboque de um caminhão 12 que está sendo rebocada por um caminhão 14. Todos os componentes da unidade de refrigeração de viatura reboque 11 e a cobertura externa 12 são estruturalmente superpostos pela armação estrutural 16. Como usual para unidades de refrigeração de transporte, vários painéis da cobertura externa são articulados e são amovíveis para oferecer fácil acesso ao sistema de refrigeração para realização de manutenção de rotina.
A fig. 2 representa um motor gerador unitário que é refrigerado pela circulação de ar de acordo com a técnica anterior. O gerador 17 inclui um conjunto de estator externo 18 que é fixamente preso à carcaça do volante 19 de um motor primário tal como um motor diesel 21. Um conjunto de rotor 22 é afixado diretamente ao volante do motor 22 para criar uma conexão de acionamento contínuo entre o eixo motriz do motor, o volante do motor e o conjunto de rotor 22 do gerador 17. Uma cobertura 24 e um ventilador de refrigeração do gerador 26 foram removidos para expor os detalhes do conjunto de rotor 22.
O conjunto de estator externo 18 inclui uma seção de núcleo que pode ser fabricada de laminações ferrosas ou produto de metal pulverizado. Um enrolamento principal que confere energia primária ao sistema de refrigeração e um enrolamento auxiliar que é eletricamente conectado com o dispositivo carregador de bateria são dispostos em fendas no núcleo de estator de maneira convencional. A afixação do conjunto de estator 18 ao alojamento da carcaça 19 é efetuada pelo emprego de uma série de elementos de fixação rosqueados alongados 27 passando através de aberturas conjugáveis 28 no núcleo de estator. Os elementos de fixação 27 por sua vez passam através de orifícios axialmente alinhados 29 providos em uma placa adaptadora 31 e assim no interior dos orifícios rosqueados axialmente alinhados 32 no alojamento de carcaça 19.
O conjunto de rotor 22 inclui um cubo de rotor em aço 33 tendo uma pluralidade de aberturas axiais atravessantes que são adaptadas para receber uma pluralidade elementos de fixação rosqueados alongados 34 através das mesmas. Os elementos de fixação rosqueados 34 são adaptados para serem recebidos em orifícios rosqueados axialmente alinhados 36 no volante do mor 23 para assegurar uma conexão integrada entre o conjunto de rotor 22 e o volante de motor 23 e o eixo motriz.
Em operação, o motor diesel 21 aciona o volante 23 e o conjunto de rotor 22 com seus magnetos de rotor associados, dessa forma induzindo nos enrolamentos de estator tensões síncronas de uma maneira bem familiar aqueles versados na técnica de construção de gerador síncrono. Outros detalhes do sistema da técnica anterior são mostrados e descritos no documento de patente US n° 6.223.564, cedida à cessionária da presente invenção e aqui incorporada a título de referência.
Deve ser compreendido que embora determinado resfriamento do gerador 17 ocorra por radiação a partir do conjunto de estator externo 18, a função de refrigeração primária é realizada pelo ventilador 26 que é afixado a e acionado pelo conjunto de rotor 22 para introduzir ar através da cobertura 24 e efetuar sua circulação através tanto dos enrolamentos de estator como o rotor. Embora os enrolamentos de rotor desenvolvam uma quantidade significativa de calor e requeiram o ar de refrigeração para prevenir que atinjam temperatura excessiva e sejam desse modo danificados, também é
necessário resfriar o rotor de maneira a prevenir a desmagnetização dos ímãs permanentes. Sob este aspecto, os requerentes também verificaram que é difícil circular o ar através do rotor devido às aberturas de certo modo pequenas que são previstas para aquela finalidade. Por esta razão, é necessário desenvolver uma pressão substancial com o ventilador 26 de maneira a penetrar aquelas aberturas.
Na figura 3 é mostrado um bloco de motor 37 que é afixado a uma carcaça 38 e o conjunto de motor suportado 39 de uma maneira similar aquela precedentemente descrita. Sob este aspecto, deve ser entendido, que o estator pode ser afixado a carcaça do volante em qualquer uma de várias maneiras contanto que tenha sua rotação prevenida e seja suficientemente fixado O eixo de acionamento do motor 37 é propulsoramente afixado ao volante 41 e ao rotor 43 de uma maneira similar, com o rotor 42 sendo sustentado de uma maneira em cantilever por intermédio dos mancais principais no motor 37. Um arranque 35 é mecanicamente ligado com a carcaça do volante de tal modo que o pinhão 40 estabelece contato intermitente para virar o motor com uma vedação sendo provida entre o pinhão 40 e a carcaça 38; Todavia, de preferência a ser refrigerado pela circulação do ar, o gerador 43 é refrigerado pela circulação de ar através do mesmo. Uma vantagem com o uso de óleo é que o calor específico de óleo é maior que aquele do ar e maiores rendimentos de refrigeração podem ser assim obtidos.
Na modalidade da fig. 3, a função de refrigeração do gerador 43 é integrada com aquela de lubrificação do motor 37, com o agente de refrigeração sendo o óleo do motor.
Como características padrão do motor, um coletor de óleo 44 é previsto na extremidade inferior do motor e uma bomba 46 circula o óleo de refrigeração para uma pluralidade de galerias, uma das quais é mostrada na em 47. Após circular através daquelas partes do motor que exigem lubrificação tais como os mancais e semelhantes, o óleo retorna mais uma vez ao carter 44 para completar o processo.
De acordo com um aspecto da presente invenção, uma linha de abastecimento de óleo 48 é conectada para receber óleo da galeria de óleo 47, com a linha 48 então passando de uma maneira selada através da carcaça 38 e para o interior do gerador 43 para ser disperso para aqueles componentes que exigem refrigeração. Um processo de dispersão pode ser por intermédio de um dispositivo de pulverização 49 que pulveriza óleo de uma maneira controlada sobre os enrolamentos 51 do estator. O óleo então flui para baixo sobre o rotor 42 e sobre os enrolamentos de estator na extremidade inferior do gerador 43. O óleo então se acumula no fundo do gerador 43 ou outro ponto coletor se apropriado, e é levado fluir pela ação da gravidade e pressão ao longo da linha de retorno de óleo 52 para o carter de óleo do motor 44.
Deve ser reconhecido que a linha de abastecimento de óleo 48 pode ser estendida para o interior do gerador 43 ou outros locais diferentes da carcaça como mostrado. Além disso, o dispositivo pulverizador 49 pode ser localizado em outros locais ou sobre o lado externo do gerador mais exatamente do que sobre o seu lado interior como mostrado Com a construção conforme mostrada, todavia faz-se necessário ter uma relação selada entre a linha de alimentação de óleo 48 e a carcaça.
Conforme descrito, o óleo que se situa normalmente no motor 37 é pressurizado e filtrado pelos aparelhos e funções normais do motor. O calor que é transferido para o óleo proveniente do gerador 43 será resinado até certo ponto pela radiação oriunda da caixa do gerador. Todavia, a função de refrigeração de óleo principal é desempenhada por intermédio de reação proveniente do coletor de óleo 44 e pelo refrigerante do radiador que está sendo circulado através do motor 37.
Um sistema deste tipo permite que o gerador 43 seja refrigerado pelo sistema de óleo de motor existente com uma bomba de motor existente e sistema de filtração. Outrossim, o óleo existente proveniente do motor é suficiente para ambas as finalidades, dessa maneira permitindo uma redução no peso do sistema total. Além disso, devido ao maior rendimento de refrigeração, a dimensão do rotor e dos componentes de estator pode ser reduzida para reduzir adicionalmente o peso e os custos de fabricação do sistema.
As modalidades ilustradas nas figs. 4, 5 e 6 são similares à modalidade ilustrada na fig. 3 pelo fato de utilizarem o óleo como refrigerante a ser circulado no interior do gerador para fins de refrigeração. Todavia, de preferência a ser integrado com o sistema de óleo do motor, estas modalidades têm seu próprio sistema de fonte de alimentação e circulação de óleo separado que é autônomo dentro do gerador.
Como mostrado na fig. 4, a função de refrigeração é realizada pela pulverização de óleo sobre os componentes a serem refrigerados por intermédio de um dispositivo de pulverização 49. Todavia, de preferência a fazer uso do óleo do motor, um sistema de óleo dedicado no interior do gerador é fornecido. Estima-se que cerca de um quarto de óleo seria requerido no gerador 53. Um tubo de captação de óleo e uma bomba de óleo dedicada 56 são previstos para bombear o óleo para cima para o dispositivo de pulverização 49. O óleo não deve ter de ser trocado uma vez que é auto preservado contra contaminação e não desempenha outra função além daquela de refrigeração. Isto é, o rotor 41 é suspenso em cantilever pelo motor e os mancais de apoio são lubrificados pelo óleo do motor. Assim, o óleo no gerador não desempenha uma função de lubrificação e não deve necessitar de ser filtro trocado uma vez que é autônomo e não exposto à contaminação da maneira a que ocorre com o motor.
No presente sistema, o óleo é refrigerado por intermédio de radiação da caixa do estator 57. Uma pluralidade de aletas 58 podem ser adicionadas à cobertura frontal para auxiliar neste processo.
Na modalidade ilustrada na figura 5, o gerador 59 tem uma fonte dedicada de administração de óleo no seu fundo. Mais uma vez, estima- se que 0,946 L de óleo são suficientes para esta finalidade. Todavia, de preferência a fazer uso de um dispositivo pulverizador, a distribuição do óleo é efetuada por intermédio de um aspersor de óleo 61 que é afixado a e acionado pelo rotor 42 de tal maneira que sua periferia se estende para baixo para o interior do coletor de óleo de tal maneira a lançar o óleo para cima para atingir as áreas críticas do estator e rotor para a sua refrigeração. O borrifador pode ter superfícies recartilhadas ou similar para auxiliar no processo de captação do óleo. Deve também ser reconhecido que o volante 41, com sua engrenagem anular de partida afixada associada, que se estende para baixo abaixo do nível de óleo, também pode ser usado para lançar óleo para cima. Para aquela finalidade, pode ser conveniente dispor aletas ou semelhantes sobre a periferia do volante 41. Todavia, deve ser lembrado que a engrenagem anular por si própria pode ser suficiente para desempenhar esta função.
Na modalidade da fig. 6, o inteiro espaço interno do gerador 2 é substancialmente preenchido com óleo de tal maneira que o rotor 42 e os enrolamentos de estator 51 estão imersos em óleo. Para aquela finalidade, estima-se que cerca de 3,6 L (1 galão de óleo) devem ser suficientes. Um sistema deste tipo é vantajoso pelo fato do dispositivo de outro modo necessário para circular o óleo, tal como o dispositivo pulverizador ou o aspersor de óleo, não ser requerido. Outrossim, devido aos componentes estarem sempre inteiramente imersos no óleo, mais calor será transmitido para aquele óleo. A refrigeração do óleo é efetuada por intermédio de radiação proveniente da caixa de estator e das aletas 58.

Claims (27)

1. Unidade de refrigeração de transporte do tipo configurado para ser montado sobre a parede dianteira de uma viatura de reboque de transporte, é adaptada para ser atrelada e rebocada por um trator motorizado, caracterizada pelo fato de que compreende: uma armação de suporte estrutural configurada para ser afixada à parede frontal da viatura reboque de transporte; uma cobertura externa configurada para ser suportada pela armação; e os seguintes componentes, todos suportados pela armação e contidos no interior da cobertura externa; um compressor tendo um orifício de descarga e um orifício de aspiração e adicionalmente tendo motor de acionamento de compressor elétrico hermeticamente disposto no seu interior; um condensador trocador de calor operativamente acoplado com o orifício de descarga de compressor; uma unidade trocadora de calor de evaporador operativamente acoplada com o orifício de aspiração do compressor; pelo menos um conjunto de ventilador tendo pelo menos um motor de ventilador elétrico configurado para fornecer um fluxo de ar sobre pelo menos um dos trocadores de calor; um conjunto de gerador acionado por motor unitário integralmente montado, com o conjunto de gerador tendo um estator e um rotor para produzir energia elétrica para acionar pelo menos alguns dos componentes supra mencionados; e uma fonte de alimentação de óleo lubrificante de motor fornecido ao estator e rotor do gerador em quantidade suficiente para proporcionar a refrigeração necessária para permitir sua operação sustentada.
2. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o óleo ser pulverizado sobre o estator do gerador.
3. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a fonte de alimentação de óleo é solidária com o óleo lubrificante de motor no motor.
4. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o óleo é levado a fluir de um ou mais galerias em uma parte do motor para uma parte do estator de gerador.
5. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que compreende uma linha de retorno de óleo para conduzir o fluxo de óleo de uma parte coletora do gerador para o motor.
6. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que toda a fonte de alimentação de óleo está contida dentro do gerador.
7. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que compreende uma bomba de óleo para bombear o óleo a partir de um ponto coletor no interior do gerador para áreas críticas que necessitam ser refrigeradas.
8. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a bomba é acionada pelo eixo do dito rotor.
9. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o volume de óleo no gerador é suficiente para refrigerar o gerador.
10. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o gerador inclui um aspersor, e o óleo é distribuído para áreas críticas que necessitam ser refrigeradas no interior do gerador pelo aspersor.
11. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o aspersor de óleo é acionado pelo eixo do dito rotor.
12. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 10, e caracterizada pelo fato de que compreende um volante que é parcialmente imerso em óleo e que atua para distribuir o óleo no interior do gerador.
13. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o gerador é substancialmente enchido de óleo de tal maneira que o rotor é completamente imerso no seu interior.
14. Unidade de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que compreende um volante no interior do gerador para causar uma mistura do óleo no interior do gerador.
15. Aparelho de refrigeração para um sistema de refrigeração de transporte do tipo tendo um compressor eletricamente acionado e ventiladores e um gerador acionado por motor unitário integralmente montado com um estator e rotor para gerar energia elétrica para acionar o compressor e ventiladores, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de alimentação de óleo para disposição no interior dos confins internos do gerador; a fonte de alimentação de óleo estando em contato direto com o rotor e estator e sendo de quantidade suficiente para proporcionar o efeito de refrigeração necessário para permitir operação sustentada do gerador.
16. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -15, caracterizado pelo fato de que o óleo é pulverizado sobre o estator do gerador.
17. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -16, caracterizado pelo fato de que a fonte de alimentação de óleo é solidária com o óleo no motor.
18. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -17, caracterizado pelo fato de que o óleo é levado a fluir de uma ou mais galerias em uma parte superior do motor para o estator de gerador na sua parte superior.
19. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -18, caracterizado pelo fato de que compreende uma linha de retorno de óleo de um ponto coletor no interior do gerador para o motor.
20. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -16, caracterizado pelo fato de que toda a fonte de alimentação de óleo está contida no interior do gerador.
21. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -20. caracterizado pelo fato de que compreende uma bomba de óleo para bombear o óleo de um ponto coletor do gerador para uma parte superior do mesmo.
22. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -21, caracterizado pelo fato de que a bomba é acionada pelo eixo do rotor.
23. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -20, caracterizado pelo fato de que o gerador compreende um aspersor e do óleo ser distribuído no interior do gerador pelo aspersor.
24. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -23. caracterizado pelo fato de que o aspersor de óleo é acionado pelo eixo do dito rotor.
25. Aparelho de refrigeração de transporte de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que compreende um volante que é parcialmente imerso em óleo e que atua para distribuir o óleo no interior do gerador.
26. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -20, caracterizado pelo fato de que o gerador é substancialmente enchido com óleo de tal modo que o rotor é completamente imerso no seu interior.
27. Aparelho de refrigeração de acordo com a reivindicação -26, caracterizado pelo fato de que compreende um volante no interior do gerador para causar um misturamento do óleo no interior do gerador.
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