BRPI0712085A2 - dispositivo de resfriamento e método de controle - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO E MéTODO DE CONTROLE. A presente invenção se refere a um dispositivo de resfriamento (1) em que a quantidade de óleo saindo para o ciclo de resfriamento é controlada. No dispositivo de resfriamento (1) da presente invenção, a taxa de fluxo e/ou a quantidade de óleo entrando no ciclo de resfriamento é controlada por intermédio de um sensor de óleo (5) disposto na saída do compressor (2) e dependendo do valor medido, a velocidade do compressor (2) é controlada.

Description

DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO E MÉTODO DE CONTROLE
A presente invenção se refere a um dispositivo de resfriamento que é controlado de acordo com a quantidade de óleo que se mistura no ciclo de resfriamento a partir do compressor.
O fluido refrigerante é circulado no ciclo de resfriamento dos dispositivos de resfriamento. Esse fluido é ativado através de compressão por intermédio de um compressor. Certa quantidade de óleo está presente no compressor para proteger os componentes móveis no compressor contra elevada temperatura e desgaste. Certa quantidade do óleo atingindo o cilindro através do silenciador durante operação do compressor se mistura com o fluido refrigerante e vaza para o ciclo de resfriamento. À medida que aumenta a quantidade do óleo vazado, o óleo do compressor diminui e respectivamente é reduzido o seu desempenho. Adicionalmente, o óleo que se mistura no ciclo é coletado no condensador, e evaporador, diminuindo a eficiência desses componentes.
Diversos métodos foram recomendados no estado da técnica para retornar o óleo vazado no ciclo de resfriamento de volta para o compressor.
Nas implementações explicadas os pedidos de patente japonesa, JP51121843 e JP63198788, após o compressor ser operado em uma baixa velocidade por um momento, o compressor é operado em capacidade elevada para retornar o óleo de lubrificação entrando e permanecendo no ciclo de resfriamento para o compressor.
Outro documento do estado da técnica é a Patente dos Estados Unidos da América US6675595. Na implementação aqui explicada, a rotação do compressor é comutada entre uma grande capacidade de descarga e uma pequena capacidade de descarga seqüencialmente para retornar o óleo acumulado no ciclo de resfriamento de volta para o compressor.
No pedido de patente chinesa CN1392383, após o compressor ser operado em certa direção por certo período de tempo, a direção de fluxo é alterada por intermédio de uma válvula de quatro vias. Conseqüentemente, o óleo é retornado de volta ao compressor.
No compressor explicado pela Patente dos Estados Unidos da América US2005011704, quando a quantidade de óleo no reservatório de óleo diminui, o compressor é desligado. Conseqüentemente, o compressor é protegido contra dano.
0 objetivo da presente invenção é o de projetar um dispositivo de resfriamento e um método de controle do mesmo em que o desempenho de resfriamento é otimizado mediante controle da taxa de fluxo do óleo que se mistura no ciclo de resfriamento a partir do compressor.
0 dispositivo de resfriamento e o método de controle do mesmo projetado para realizar o objetivo da presente invenção é explicado nos desenhos anexos.
No dispositivo de resfriamento da presente invenção, a taxa de fluxo e/ou a quantidade do óleo se misturando no ciclo de resfriamento, em conjunto com o fluido, são controladas por intermédio de um sensor de óleo disposto na saída do compressor e a velocidade rotacional do compressor é controlada de acordo com o valor medido. Quando a quantidade do óleo misturado no ciclo de resfriamento ultrapassa um valor crítico em que o desempenho dos elementos no ciclo de resfriamento começa a cair, a rotação do compressor começa a ser diminuída incrementalmente.
Sob condições normais, a velocidade momentânea do compressor é decidida por um algoritmo de resfriamento que funciona de acordo com os dados recebidos a partir de um termostato dentro do corpo. Contudo, quando o sensor de óleo detecta que existe uma grande quantidade de fluxo de óleo no ciclo de resfriamento, esse algoritmo de resfriamento é suspenso e a rotação do compressor é determinada por um algoritmo que considera a informação da taxa de fluxo do óleo como os dados. Esse algoritmo começa a reduzir a rotação do compressor etapa a etapa quando a taxa de fluxo do óleo saindo do compressor começa a aumentar para impedir o fluxo de óleo para dentro do evaporador e do condensador que afetará adversamente o desempenho dos mesmos. Como a duração da operação do compressor não deve ser muito prolongada, a taxa de fluxo do óleo se misturando no ciclo de resfriamento é monitorada continuamente entre essas etapas, e quando for detectado que está abaixo do valor crítico, o algoritmo de resfriamento normal é outra vez ativado.
Se a taxa de fluxo do óleo se misturando no ciclo de resfriamento for detectada como não estando abaixo do valor crítico, embora o compressor esteja reduzido ao valor de rotação mínima determinado pelo fabricante para um valor de temperatura medido dentro do corpo do termostato, a velocidade não é adicionalmente diminuída. Quando a velocidade é constante nesse valor mínimo, o óleo é resfriado por intermédio de um meio de resfriamento para aumentar a viscosidade e desse modo diminuir a fluência para diminuir a taxa de fluxo do óleo a partir do compressor se misturando com o ciclo de resfriamento.
Em uma modalidade da presente invenção, o meio de resfriamento é um ventilador disposto externamente, preferivelmente sob o compressor.
Em outra modalidade da presente invenção, um sensor de óleo é disposto não somente na entrada como também na salda do compressor para medir as taxas de influxo e de vazão do óleo. Dessa informação, a taxa de vazão de óleo é usada e a velocidade do compressor é controlada por intermédio do algoritmo mencionado acima que controla o óleo. Junto com esse algoritmo, outro algoritmo funcionando simultaneamente com o objetivo de prevenir dano ao compressor, calcula a quantidade de óleo restante no compressor em certo momento mediante uso da informação de taxa de influxo e de vazão do óleo. Quando óleo restante no compressor estiver se aproximando de uma quantidade que pode danificar os componentes do compressor, ele é operado em uma rotação exatamente abaixo do valor de velocidade limite determinado pelo fabricante. Se essa precaução não for suficiente para garantir o nível de óleo crítico no compressor, então o compressor é desligado.
O dispositivo de resfriamento e o seu método de controle projetado para realizar o objetivo da presente invenção são ilustrados nas figuras anexas, em que:
A Figura 1 é uma vista esquemática de um ciclo de resfriamento.
A Figura 2 é um fluxograma do método de controle.
A Figura 3 é a vista esquemática de outra modalidade do ciclo de resfriamento.
A Figura 4 é o fluxograma do método de controle em outra modalidade.
Os elementos ilustrados nas figuras são numerados como a seguir:
1. Dispositivo de resfriamento
2. Compressor
3. Condensador
4. Evaporador
5. Sensor de óleo
6. Meio de resfriamento
7. Unidade de controle
O dispositivo de resfriamento (1) compreende um compressor (2) para comprimir o fluido refrigerante, um ou mais evaporadores (4) proporcionando o calor ambiente do mesmo a ser transferido para o fluido refrigerante, um condensador (3) que condensa o fluido refrigerante e uma unidade de controle (7) que controla os parâmetros de resfriamento. Um compressor de velocidade variável (2) é utilizado no dispositivo de resfriamento (1).
0 dispositivo de resfriamento (1) opera de acordo com um algoritmo de resfriamento registrado na unidade de controle (7). Esse algoritmo determina a velocidade momentânea do compressor (2) (Crpm) de acordo com a carga térmica dentro do dispositivo de resfriamento (1).
0 dispositivo de resfriamento (1) da presente invenção compreende ainda um sensor de óleo (5) disposto na saída do compressor (2) (Figura 1). 0 sensor de óleo (5), em paralelo coma operação normal da unidade de controle (7), mede a taxa de fluxo (Mout) do óleo saindo do compressor (2) junto com o fluido refrigerante e se misturando no ciclo de resfriamento em intervalos determinados pelo fabricante. 0 sensor de óleo (5) pode medir a taxa de vazão (Mout) do óleo ao fazer uso, por exemplo, de mudanças considerando a permeabilidade e a quantidade de refração do fluido fluindo na frente do mesmo. Quando a taxa de fluxo (Mout) do óleo medido pelo sensor (5) exceder uma taxa de fluxo de óleo limite (Mcr) determinada de acordo com a velocidade momentânea (Crpm) do compressor (2), a unidade de controle (7) desativa o algoritmo de resfriamento e ativa o algoritmo em que a velocidade (rotação) do compressor (2) é controlada dependendo da taxa de fluxo (Mout) do óleo. De acordo com esse algoritmo, a unidade de controle (7) reduz a velocidade momentânea (Crpm) do compressor (2) até uma velocidade (Drpm) predeterminada pelo produtor. Conseqüentemente, tenta-se antevir o acúmulo de grande quantidade de óleo no evaporador (4) e no condensador (3) (Figura 2).
O fabricante predetermina as taxas de fluxo de óleo limite (Mcr), que correspondem a esses valores de velocidade (Crpm) mediante métodos experimentais, analíticos ou numéricos e registra na unidade de controle (7). Conseqüentemente, uma taxa de fluxo de óleo limite diferente (Mcr) é usada para cada velocidade momentânea (Crpm) do compressor (2).
Após a velocidade ser diminuída, a taxa de vazão (Mout) de óleo se misturando no ciclo de resfriamento é medida outra vez para controlar se ela caiu ou não abaixo do valor limite (Mcr) . Se a taxa de vazão (Mout) de óleo atingir um valor sob o limite (Mout<Mcr), então a velocidade (Crpm) não é adicionalmente reduzida uma vez que a vazão de óleo é suficientemente diminuída, e a unidade de controle (7) comuta a partir do algoritmo de controle de óleo para o algoritmo de resfriamento normal. Contudo, se a taxa de vazão do óleo estiver abaixo do valor limite (Mcr), o processo de redução de rotação deve ser repetido. O processo de redução de rotação é continuado até que um valor de velocidade limite (Crpm_min) determinado pelo produtor seja alcançado. Esse valor limite (Crpm_min) é m valor menor do que a velocidade (Crpm) momentânea do compressor (2) determinada pelo algoritmo de resfriamento e é variável com relação às velocidades momentâneas (Crpm). O dispositivo de resfriamento (1) pode ainda realizar a função de resfriamento nessa velocidade (Crpm_min); contudo, o compressor (2) tem que ser operado por um período de tempo mais longo.
Se a taxa de vazão (Mout) do óleo não tiver caído abaixo do nível crítico, embora esse valor limite (Crpm_min) seja atingido, a velocidade momentânea não é diminuída ainda mais. Desse modo a velocidade é mantida constante nesse valor limite (Crpm_min), e o óleo começa a ser resfriado para reduzir a vazão de óleo a partir do compressor (2). Com esse objetivo, o dispositivo de resfriamento (1) compreende um meio de resfriamento (6). O resfriamento do óleo é continuado até que a taxa de vazão do óleo (Mout) se eleve acima do nível crítico (Mcr) (Figura 1 e Figura 2).
Nessa modalidade da presente invenção, um ventilador é usado como o meio de resfriamento (6), situado preferivelmente fora do compressor (2) que provê o resfriamento do óleo (Figura 1). Como o óleo se coleta na base do compressor (2), esse meio de resfriamento (6) está situado preferivelmente sob o compressor (2) e sopra o ar em direção à sua base. Conseqüentemente, o ar a partir do ventilador incide diretamente na porção contendo o óleo.
Conseqüentemente, o óleo é resfriado rapidamente aumentando a viscosidade. Como o óleo com alta viscosidade tem fluência reduzida, uma quantidade menor do óleo começa a ser misturada a partir do compressor (2) para o ciclo de resfriamento.
Em outra modalidade da presente invenção, não somente a taxa de vazão de óleo (Mout) como também a taxa de influxo (Min) são medidas por intermédio do arranjo de sensores de óleo (5, 50), cada um deles na entrada e saída do compressor (2) (Figura 3). A unidade de controle (7) pode calcular a quantidade de óleo no compressor (2) em certo momento por intermédio de um algoritmo que protege o compressor (2) e também funciona em paralelo com o algoritmo de controle de óleo, mediante ação de fazer uso da informação da quantidade de óleo no compressor (2) no início em conjunto com as quantidades de influxo total e vazão do óleo por certo período de tempo calculado a partir dos dados recebidos a partir dos sensores de óleo (5, 50). Quando a quantidade de óleo restante (Mleft) atingir um valor limite (Mleft_crl), acima do nível crítico predeterminado pelo fabricante que pode danificar o compressor (2), o compressor é acionado para ser operado em uma velocidade (Crmp_cr) predeterminada pelo fabricante que está exatamente abaixo da velocidade limite (Crpm_min). Se, não obstante, a quantidade de óleo no compressor (2) ainda diminuir e atingir um segundo limite (Mleft_cr2) predeterminado pelo fabricante, o compressor (2) é desligado. Conseqüentemente, impede-se que o compressor (2) seja danificado (Figura 4).
A unidade de controle (7) do dispositivo de resfriamento (1) da presente invenção funciona de acordo com o método abaixo (100) (Figura 2) compreendendo as etapas de:
controlar se a taxa de fluxo de óleo (Mout) a partir do compressor (2), se misturando no ciclo de resfriamento, está ou não acima de certo limite (Mcr) (101), se a taxa de fluxo de óleo (Mout) a partir do compressor (2) , se misturando no ciclo de resfriamento, estiver abaixo do limite (Mcr) ativar o algoritmo de resfriamento (200), se acima do valor limite (Mcr), reduzir a velocidade momentânea (Crpm) do compressor (2) por um valor (Drpm) predeterminado pelo fabricante (102),
comparar a velocidade do compressor (2) (Crpm) com o valor de velocidade limite (Crpm_min) predeterminado pelo fabricante (103), se a velocidade (Crpm) tiver atingido o valor de velocidade limite (Crpm_min) predeterminado pelo fabricante, resfriar o óleo (104) e posteriormente retornar de volta à etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101) e
se a velocidade (Crpm) não tiver atingido o valor de velocidade limite (Crpm_min), retornar à etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101) .
O processo de resfriamento do óleo pode ser implementado quando, por exemplo, o compressor (2) estiver operando em uma velocidade constante, mediante ativação do meio de resfriamento (6) ou mediante desligamento do compressor (2) .
Em outra modalidade da presente invenção (Figura 4), o método de controle (100) compreende as etapas abaixo além das etapas mencionadas acima:
antes da etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101), calcular a quantidade do óleo restante (Mleft) no compressor (2) e comparar a mesma com um valor limite (Mleft_crl) ; predeterminado pelo fabricante (105) , se a quantidade de óleo restante (Mleft) não estiver no valor limite (Mleft_crl), seguir para a etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101) , se a quantidade de óleo restante (Mleft) tiver atingido o valor limite (Mleft_crl) (105) , então operar o compressor (2) em uma velocidade (Crpm_cr) que está abaixo da velocidade limite (Crpm_min) determinada pelo fabricante (106),
controlar se a quantidade de óleo restante (Mleft) no compressor (2) atingiu ou não um segundo valor limite (Mleft_cr2) predeterminado pelo fabricante (107),
se a quantidade de óleo restante (Mleft) tiver atingido o segundo limite (Mleft_cr2) , então desligar o compressor (2) (108),
se a quantidade de óleo restante (Mleft) não tiver atingido o segundo limite (Mleft_cr2) , então retornar à etapa de comparar com o primeiro limite (Mleft_crl) (105).
Por intermédio da presente invenção, a mistura de uma quantidade de óleo a partir do compressor (2) para o ciclo de resfriamento que afetará adversamente os desempenhos do evaporador (4) e do condensador (3) é prevenida. Além disso, a presença de certa quantidade de óleo no compressor (2) é garantida durante todo o tempo. Em adição aos benefícios anteriormente mencionados, a vida em serviço do compressor (2) é aumentada e o ciclo de resfriamento pode ser implementado mais eficazmente.

Claims (9)

1. Sistema de resfriamento (1) compreendendo um compressor (2) para comprimir o fluido refrigerante, um ou mais evaporadores (4) proporcionando o calor ambiente dos mesmos a ser transferido para o fluido refrigerante, um condensador (3) que condensa o fluido refrigerante e uma unidade de controle (7) que determina a velocidade momentânea do compressor (2) com relação à carga térmica e controlando os parâmetros de resfriamento, e caracterizado pelo fato de que um sensor de óleo (5) disposto na saida do compressor (2) mede a taxa de fluxo (Mout) do óleo que se mistura em conjunto com o fluido refrigerante a partir do compressor (2) no ciclo de resfriamento e uma unidade de controle (7) reduz a velocidade momentânea (Crpm) do compressor (2) em um valor (Drpm) predeterminado pelo fabricante quando a taxa de fluxo de óleo (Mout) medida pelo sensor de óleo (5) excede um limite (Mcr) determinado pelo fabricante em comparação com a velocidade momentânea (Crpm) do compressor (2).
2. Dispositivo de resfriamento (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da unidade de controle (7) controlar se a taxa de fluxo (Mout) de óleo se misturando no ciclo de resfriamento está ou não abaixo do valor limite (Mcr) após cada redução da velocidade e se um valor inferior ao limite for atingido (Mout<Mcr) parando de reduzir a velocidade uma vez que o óleo de vazão é suficientemente diminuído, ativando o algoritmo de resfriamento normal, e se a taxa de vazão (Mout) de óleo estiver abaixo do valor limite (Mcr), então realizando outra redução.
3. Dispositivo de resfriamento (1), de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato da unidade de controle (7) continuar a reduzir a velocidade até que um valor limite (Crpmjmin) predeterminado pelo fabricante seja alcançado.
4. Dispositivo de resfriamento (1), de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que um meio de resfriamento (6) proporciona o resfriamento do óleo mediante ação de manter a velocidade constante no valor mínimo (Crpm_min) para reduzir a vazão de óleo a partir do compressor (2).
5. Dispositivo de resfriamento (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do meio de resfriamento (6) ser um ventilador, situado sob o compressor (2) e soprar o ar em direção à sua base.
6. Dispositivo de resfriamento (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações I, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que um segundo sensor de óleo (50) disposto na entrada do compressor (2) e unidade de controle (7) pode calcular a quantidade de óleo restante no compressor (2) em certo momento com os dados recebidos a partir de ambos os sensores de óleo (5, 50) e, quando a quantidade de óleo restante (Mleft) atinge um valor limite (Mleft_crl) predeterminado pelo fabricante, que pode danificar o compressor (2), o compressor (2) é posto em operação em uma velocidade (Crpm_cr) predeterminada pelo fabricante a qual está exatamente abaixo da velocidade limite (Crpm_min).
7. Dispositivo de resfriamento (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da unidade de controle (7) desligar o compressor (2) se a quantidade de óleo no compressor (2) for reduzida adicionalmente e atingir um segundo valor limite (Mleft_cr2) predeterminado pelo fabricante.
8. Método de controle (100) para um dispositivo de resfriamento (1) de qualquer das reivindicações 1, 2, 3, 4, - 5, 6 ou 7, caracterizado por compreender as etapas de: - controlar se a taxa de fluxo de óleo (Mout) a partir do compressor (2) se misturando no ciclo de resfriamento está ou não acima de certo limite (Mcr) (101), se a taxa de fluxo de óleo (Mout) a partir do compressor (2) se misturando no ciclo de resfriamento estiver acima do limite (Mcr), ativar o algoritmo de resfriamento (200), se a acima do valor limite (Mcr), reduzir a velocidade momentânea (Crpm) do compressor (2) em um valor (Drpm) predeterminado pelo fabricante (102) , - comparar a velocidade do compressor (2) (Crpm) com o valor de velocidade limite (Crpm_min) predeterminado pelo produtor (103), - se a velocidade (Crpm) tiver atingido o valor de velocidade limite (Crpm_min) predeterminada pelo fabricante, resfriar o óleo (104) e posteriormente retornar à etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101) e - se a velocidade (Crpm) não tiver atingido o valor de velocidade limite (Crpm_min) , retornar à etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101).
9. Método de controle (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender as etapas: - antes da etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101), calcular a quantidade do óleo restante (Mleft) no compressor (2) e comparar a mesma com um valor limite (Mleft_crl); predeterminado pelo fabricante (105) , - se a quantidade de óleo restante (Mleft) não tiver atingido o valor limite (Mleft_crl), seguir para a etapa de controlar a taxa de fluxo de óleo (Mout) (101), - se a quantidade de óleo restante (Mleft) tiver atingido o valor limite (Mleft_crl) (105), então operar o compressor (2) em uma velocidade (Crpm_cr) que está abaixo da velocidade limite (Crpm__min) determinada pelo algoritmo de resfriamento (106), - controlar se a quantidade de óleo restante (Mleft) no compressor (2) atingiu ou não um segundo valor limite (Mleft_cr2) predeterminado pelo fabricante (107), - se a quantidade de óleo restante (Mleft) tiver se aproximado mais do nível crítico (Mleft_cr) (107), então desligar o compressor (2) (108) e, - se a quantidade de óleo restante (Mleft) não tiver atingido o segundo limite (Mleft_cr2), então retornar à etapa de comparar com o primeiro limite (Mleft_crl) (105).
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