BRPI0802447A2 - compressor de refrigeraÇço com sistema de resfriamento interno - Google Patents

Abstract

COMPRESSOR DE REFRIGERAÇçO COM SISTEMA DE RESFRIAMENTO INTERNO. A presente invenção refere-se a compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno, o compressor compreendendo uma carcaça de compressor (1), no interior da qual estão dispostos um cilindro de compressão (2, 3), um pistão que realiza um movimento alternativo no interior do cilindro, uma região de acúmulo de óleo (5) na parte inferior da carcaça de compressor, e meios de acionamento do pistão possuindo um eixo rotativo (4) orientado substancialmente verticalmente, com uma extremidade superior acoplada a um excêntrico (7) de acionamento do pistão. O compressor dispõe de meios para a coleta do óleo advindo do eixo (4), e expelido pelo excêntrico (7), na parte superior da carcaça (1). Este óleo acumulado é drenado sobre o cilindro de compressão (2, 3), de maneira a resfriá-lo, a fim de aumentar a eficiência do compressor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPRESSOR DE REFRIGERAÇÃO COM SISTEMA DE RESFRIAMENTO INTERNO".

A presente invenção refere-se a compressores herméticos derefrigeração, de funcionamento recíproco, os quais dispõem de meios para acoleta do óleo que é expelido pelo eixo de acionamento através do excêntri-co, na parte superior da carcaça do compressor. Este óleo acumulado é uti-lizado para resfriar algumas partes específicas do bloco de compressor, afim de aumentar a eficiência do mesmo. Em seguida, o óleo volta para ofundo do compressor.

Descrição do Estado da Técnica

Cada vez mais busca-se melhorar a performance dos compres-sores de refrigeração, com a principal finalidade de reduzir seu consumo deenergia. É sabido que uma grande parte das perdas do compressor deve-seao superaquecimento do gás no percurso da entrada do compressor até aentrada do cilindro de compressão. Outro fator que reduz a performance doscompressores é a ineficiência de compressão do gás, devido à alta tempera-tura de trabalho do cilindro.

Desta forma, com a finalidade de se aumentar a eficiência doscompressores, foram desenvolvidas idéias e soluções que visam a reduçãoda temperatura do cilindro. Diferentes abordagens com este objetivo podemser encontradas nos documentos de patente que serão descritos a seguir.

Por exemplo, o documento de patente WO 2007/068072, utilizao conceito de isolamento de fontes de aquecimento do cilindro. De acordocom este documento, é construído um conduto espaçador sobre a placa deválvulas e aberto para o interior da câmara de descarga, mantendo a tampado cilindro do compressor distanciada da placa de válvulas e formando umplenum anelar em torno do conduto espaçador. Deste modo, é reduzida atransmissão de calor da tampa do cilindro para a placa de válvulas, o queacaba reduzindo o aquecimento do bloco de cilindro na região da câmara decompressão, aumentando a eficiência do compressor.

O documento WO 2007/014443 propõe uma outra solução parao aumento da eficiência de compressores, que utiliza tubos de calor pararemoção do calor das partes quentes em contato com o cilindro. Este docu-mento propõe um compressor hermético com sistema de dissipação de ca-lor, no qual um conduto de transferência de energia térmica é acoplado aobloco de cilindro, o conduto possuindo um extremo de absorção de calor,enquanto seu outro extremo de liberação de calor é disposto afastado dobloco de cilindro, de modo a absorver calor gerado com a compressão defluido refrigerante no interior do cilindro e dissipá-lo para uma região afasta-da do cilindro, diminuindo, assim, a temperatura do cilindro, e também au-mentando a eficiência do compressor.

Outra possível alternativa para reduzir a temperatura do cilindroé a melhor utilização do óleo lubrificante do compressor como meio refrige-rante. O óleo, atualmente, tem como principal função lubrificar o mecanismodo compressor, de modo a garantir a confiabilidade e durabilidade das suaspeças.

Com base na utilização do óleo com objetivos de arrefecimentodo cilindro, pode-se indicar a patente US 4,569,639, na qual os autores pro-põem a utilização de um prolongamento na saída do eixo e um defletor nocabeçote do cilindro, com o objetivo de direcionar o fluxo de óleo que sai doprolongamento do eixo para o cabeçote do cilindro, ocasionando o resfria-mento do cilindro. Este prolongamento do cilindro possui um orifício atravésdo qual o óleo é jorrado horizontalmente na direção do defletor do cabeçotedo cilindro, enquanto este prolongamento é girado. O defletor também pos-sui um orifício em uma altura aproximadamente igual à altura em que o óleoé jorrado, fazendo com que este óleo escorra por sobre o cabeçote do cilin-dro, para resfriá-lo. Além disso, esta invenção permite uma redução da tem-peratura do óleo, para evitar que ele ferva e perca suas propriedades es-senciais.

Os autores indicam que o objetivo da invenção é o de reduzir atemperatura do cilindro, para prover uma maior confiabilidade do compres-sor, pois o cilindro mais frio reduziria os ricos de um aquecimento excessivodo óleo que se encontra na região interna deste componente, evitando as-sim possível problemas de carbonização deste óleo, o que poderia gerarresíduos que danificariam o compressor.Objetivos da Invenção

Um objetivo da invenção é de proporcionar um aumento na eficiência de compressores herméticos de refrigeração, maximizando-se o fluxo de óleo ao redor do cilindro do compressor e ao mesmo tempo reduzindo-se a temperatura de trabalho do cilindro.

Um outro objetivo da invenção é de reduzir o superaquecimentodo gás de compressão, também contribuindo para aumentar a eficiência docompressor.

Breve Descrição da Invenção

Os objetivos da invenção são alcançados por meio de um compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno, compreendendo uma carcaça de compressor, no interior da qual estão dispostos um cilindro de compressão possuindo um corpo de cilindro e um cabeçote de cilindro, um pistão que realiza um movimento alternativo no interior do cilindro,uma região de acúmulo de óleo na parte inferior da carcaça de compressor,meios de acionamento do pistão que acionam o movimento alternativo dopistão no interior do cilindro, e meios de bombeamento de óleo da região deacumulo de óleo sobre os meios de acionamento de pistão, sendo que acarcaça de compressor compreende um reservatório de óleo localizado nasua porção superior interna, o reservatório de óleo possuindo um dreno deóleo direcionado sobre a superfície do cilindro.

Preferivelmente, o reservatório de óleo se estende ao redor de toda a circunferência interna da carcaça de compressor, e o dreno de óleodo reservatório de óleo está direcionado para derramar óleo sobre o corpodo cilindro.

A carcaça do compressor pode compreender uma tampa, sendoque o reservatório de óleo é formado na região desta tampa, podendo ser formado integralmente com a tampa, ou integralmente com a carcaça docompressor, ou ainda como uma peça adicional que é acoplada a uma peçada carcaça do compressor. O reservatório de óleo pode ser formado por es-tampagem durante o processo de produção de uma peça da carcaça docompressor.

Os meios de acionamento do pistão compreendem um eixo rotativo orientado substancialmente verticalmente, o qual possui uma extremidade superior acoplada a um excêntrico de acionamento do pistão, atravésdo qual é expelido o óleo bombeado sobre os meios de acionamento de pistão. O reservatório de óleo preferivelmente compreende uma região de coleta de óleo, na qual é coletada pelo menos uma parcela do óleo que é expelido pelos meios de acionamento de pistão, sendo que a região de coleta de óleo possui uma geometria que permite escoamento do óleo coletado para odreno do reservatório de óleo.

Descrição Resumida dos Desenhos

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrito com base em um exemplo de execução representado nos desenhos.

As figuras mostram:

figura 1 - é uma vista em uma seção transversal de um compressor de refrigeração do estado da técnica, sem o sistema de refrigeração interna da presente invenção; e

figura 2 - é uma vista em uma seção transversal de um compressor de refrigeração de acordo com a presente invenção, com o sistema de refrigeração interna.

Descrição Detalhada das Figuras

A figura 1 ilustra um compressor do estado da técnica apenaspara fins comparativos com a presente invenção. Este compressor do tipocompressor hermético de refrigeração, de funcionamento recíproco nãopossui o sistema de refrigeração interna da presente invenção. Este compressor fica disposto no interior de uma carcaça 1. O compressor compreende um cilindro que possui um corpo de cilindro 3 e um cabeçote de cilindro 2, e um pistão que realiza um movimento alternativo no interior do cilindro. Na porção inferior da carcaça de compressor, é formada uma região deacúmulo de óleo 5, na forma de uma poça. O óleo que se acumula nestaregião de acúmulo possui originalmente a finalidade de lubrificar as peçasdo compressor, reduzindo o atrito entre elas e aumentando a durabilidadedo compressor.

Este compressor de refrigeração do estado da técnica possuiainda meios de acionamento do pistão, que são responsáveis por acionar omovimento alternativo do pistão no interior do cilindro, fazendo a compres-são do fluido de compressão. Os meios de acionamento compreendemnormalmente um rotor e um estator, os quais acionam o movimento de rota-ção de um eixo rotativo 4. Este eixo rotativo fica orientado substancialmenteverticalmente em relação à carcaça do compressor, e é disposto de tal mo-do que a sua extremidade inferior 13 fica imersa na poça de óleo, enquantoa sua extremidade superior oposta é acoplada a um excêntrico 7 que acionao movimento do pistão.

Assim, quando o compressor está ligado e o eixo rotativo 4 giradentro do compressor, uma bomba de óleo bombeia para cima o óleo queestá acumulado na região de acúmulo de óleo 5, em direção aos meios deacionamento, e particularmente ao redor do eixo rotativo 4, de modo queuma parcela do óleo 14 acaba sendo jorrada pela parte superior do eixo,através do excêntrico 7 também rotativo. Tal como mostram as setas na fi-gura 1, esta parcela de óleo é direcionada para cima, em direção à face su-perior da carcaça do compressor 1, ou sobre a superfície interna da tampado compressor 6, e também para os lados, em direção às paredes internasda região superior da carcaça do compressor. Uma outra porção de óleoexpelida sobre o excêntrico ao redor da área formada entre o bloco de com-pressor e a face superior da carcaça cai de novo e escoa sobre o bloco decompressor como um todo.

Assim, grande parte do óleo 14 que é jorrado em direção à facesuperior da carcaça do compressor 1 acaba escoando em direção às extre-midades desta face superior ou da tampa 6, e depois escorrendo para baixosobre as paredes laterais da carcaça, caindo novamente sobre a região deacúmulo de óleo 5, onde troca calor com a carcaça do compressor 1. Nãohá uma otimização de concentração do óleo expelido sobre o cilindro, pararesfriar especificamente esta parte do compressor.Contudo, análises experimentais indicam que existe uma diferença de temperatura considerável entre o óleo presente na região de acúmulo de óleo 5 no fundo do compressor (também chamada de carter) e ocilindro de compressão, sendo que o óleo é consideravelmente mais frio doque o cilindro de compressão. Desta forma, existe um potencial de reduçãode temperatura do cilindro, caso se consiga maximizar o fluxo de óleo aoredor do mesmo, retirando calor da sua superfície. Um cilindro mais frio gerauma melhoria da eficiência do processo de compressão, bem como umadiminuição no superaquecimento do gás durante a sucção, e isto se refletediretamente no aumento de eficiência do compressor. Em vista disso, a presente invenção se propõe a maximizar o fluxo de óleo sobre o cilindro, a fim de arrefecê-lo.

A figura 2 ilustra um compressor de acordo com a presente invenção, o qual é provido com o sistema de refrigeração interna. Este compressor possui as mesmas peças descritas para o compressor do estado datécnica, a saber uma carcaça 1 no interior da qual o compressor é disposto,um cilindro que possui um corpo de cilindro 3 e um cabeçote de cilindro 2, eum pistão 12 que realiza um movimento alternativo no interior do cilindro. Aregião de acúmulo de óleo 5 é também formada porção inferior da carcaçade compressor 1.

O compressor de refrigeração de acordo com a invenção também é dotado de meios de acionamento do pistão, que acionam o movimento alternativo do pistão no interior do cilindro, e que compreendem, por exemplo, um motor e um estator que acionam um eixo rotativo 4 orientadosubstancialmente verticalmente em relação à carcaça do compressor. A extremidade inferior do eixo 13 fica imersa na poça de óleo, enquanto a sua extremidade superior oposta é acoplada a um excêntrico 7 que aciona omovimento do pistão. Este compressor também possui um sistema de bombeamento que bombeia para cima o óleo que está acumulado na região de acúmulo de óleo 5, em direção aos meios de acionamento do pistão, e particularmente ao redor do eixo rotativo 4, quando o compressor está ligado, demodo que uma parte do óleo é expelido para cima, em direção à face supe-rior interna da carcaça do compressor 1, ou sobre a tampa do compressor 6,e também para os lados, por sobre as paredes internas da região superiorda carcaça do compressor, conforme mostram as setas ilustradas na figura2. Uma outra parcela de óleo expelida pelo excêntrico ao redor da área for-mada entre o bloco de compressor e a face superior da carcaça cai de novoe escoa sobre o bloco de compressor como um todo.

O compressor ilustrado na figura 2 compreende ainda um reser-vatório de óleo 8 localizado na porção superior interna da carcaça do com-pressor. Este reservatório de óleo 8 possui uma região de coleta de óleo 11e um dreno de óleo 9, o qual fica direcionado para derramar óleo sobre asuperfície do cilindro. Assim, o óleo acumulado sobre o reservatório 8, epossuindo uma temperatura consideravelmente inferior à temperatura docilindro, é drenado de maneira a escoar sobre a superfície do cilindro, prefe-rivelmente sobre a superfície de seu corpo 3, de maneira a resfriá-lo. Apóseste escoamento, o óleo volta para a região de acúmulo de óleo 5 na parteinferior da carcaça do compressor, onde novamente realiza troca de calorcom a carcaça 1.

Desta forma, há um aumento considerável do fluxo de óleo so-bre o cilindro, maximizando assim a capacidade de resfriamento do cilindropor meio desta parcela de óleo lubrificante, a qual, normalmente de acordocom o estado da técnica, escoaria diretamente para a região de acúmulo deóleo 5 no fundo da carcaça.

O reservatório de óleo se estende preferivelmente ao redor detoda a circunferência interna da carcaça de compressor, podendo ser, porexemplo, uma aba circunferencial que se estende a partir da parede internada carcaça de compressor em direção ao centro, e que possui uma borda10 se prolongando verticalmente para cima a partir sua extremidade interna.A área formada sobre a aba circunferencial e limitada pela borda 10 forma aregião de coleta de óleo 11. Desta forma, o óleo 14 que foi expelido a partirdo excêntrico 7 sobre a face superior da carcaça do compressor 1, irá pingarou escoar e escorrer sobre o reservatório de óleo 8, ficando acumulado so-bre região de coleta de óleo 11, e impedido de vazar para fora do reservató-rio 8 pela borda vertical 10. Uma parcela do óleo 14 expelido pelo excêntricoao redor da área formada entre o bloco de compressor e a face superior dacarcaça pode ser também coletada pelo reservatório de óleo 8.

Tal como mostrado na figura 2, o dreno de óleo 9 é constituído, por exemplo, na forma de uma aba inclinada para baixo a partir de uma extremidade do reservatório de óleo 8, em posição acima do cilindro de compressão, de tal modo que o dreno 9 fica direcionado para derramar óleo sobre o sobre a superfície do cilindro, e preferivelmente sobre a superfície docorpo do cilindro. Alternativamente, o dreno também pode ser constituído naforma de um furo na superfície do reservatório de óleo 8 ou da sua borda,ou em qualquer outra forma que seja capaz de drenar o óleo acumulado noreservatório de óleo 8 por sobre a superfície do cilindro do compressor. Aregião de coleta de óleo 11 é preferivelmente configurada com uma geome-tria tal que permita ou facilite o escoamento do óleo coletado para o dreno 9do reservatório de óleo, por exemplo, com a aba circunferencial horizontalpodendo ser levemente inclinada para baixo, em direção à região do dreno 9.

Em uma modalidade da invenção, tal como ilustrada na figura 2,a carcaça do compressor compreende preferivelmente uma tampa 6 na sua parte superior. Assim, o reservatório de óleo 8 pode ser formado diretamente na região desta tampa 6, sendo acoplado a ela na forma de uma peçaadicional, ou ainda formado integralmente e solidariamente à tampa 6, naforma de uma peça única.

Alternativamente, o reservatório de óleo 8 pode ser formadocomo uma peça adicional acoplada diretamente à carcaça do compressor 1na sua região superior, ou fixada a alguma outra peça integrante desta carcaça, por exemplo estando fixada às suas paredes laterais internas. Em uma outra modalidade da invenção, o reservatório de óleo 8 é formado integralmente e solidariamente com a carcaça do compressor.

Nos casos em que o reservatório de óleo 8 é constituído integralmente e solidariamente com qualquer pela da carcaça 1 do compressor, seja com a tampa 6 ou outra peça do corpo da carcaça, este reservatóriopode ser formado por meio de etapas adicionais no processo de estampa-gem destas peças, durante o processo de produção das mesmas.

Além disso, em uma outra modalidade alternativa da invençãonão ilustrada nas figuras, o compressor pode compreender ainda um dispo-sitivo resfriador de óleo disposto no reservatório de óleo 8 superior. Estedispositivo deve ser capaz de resfriar o óleo acumulado no reservatório, an-tes que este óleo caia sobre o cilindro, potencializando assim as reduçõesde temperatura deste cilindro. Este dispositivo resfriador pode ser na formade um trocador de calor, um tubo de calor ou qualquer outro meio de resfri-amento de óleo.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, de-ve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possí-veis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações a-pensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims (12)

1. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento in-terno, compreendendo uma carcaça de compressor, no interior da qual es-tão dispostosum cilindro de compressão possuindo um corpo de cilindro (3) eum cabeçote de cilindro (2),um pistão (12) que realiza um movimento alternativo no interior do cilindro,uma região de acúmulo de óleo (5) na parte inferior da carcaça de compressor,meios de acionamento do pistão que acionam o movimento alternativo do pistão no interior do cilindro,meios de bombeamento de óleo da região de acúmulo de óleo(5) sobre os meios de acionamento de pistão, caracterizado pelo fato de quea carcaça de compressor (1) compreende um reservatório deóleo (8) localizado na sua porção superior interna, o reservatório de óleopossuindo um dreno de óleo (9) direcionado sobre a superfície do cilindro.

2. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento in-terno de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o re-servatório de óleo (8) se estende ao redor de toda a circunferência internada carcaça de compressor (1).

3. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento in-terno de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que odreno de óleo (9) do reservatório de óleo está direcionado para derramaróleo sobre o sobre o corpo do cilindro (2).

4. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento in-terno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que a carcaça do compressor (1) compreende uma tampa (6),sendo que o reservatório de óleo (8) é formado na região desta tampa.

5. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento in-terno de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o re-servatório de óleo é formado integralmente com a tampa (6).

6. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento in-terno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que o reservatório de óleo (8) é formado integralmente com a carcaça do compressor (1).

7. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de que o reservatório de óleo é formado por estampagem duranteo processo de produção de uma peça da carcaça do compressor (1).

8. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a----6, caracterizadopelo fato de que o reservatório de óleo é constituído como uma peça adicional que é acoplada a uma peça da carcaça do compressor.

9. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizadopelo fato de que os meios de acionamento do pistão compreendem um eixorotativo (4) orientado substancialmente verticalmente, o qual possui umaextremidade superior acoplada a um excêntrico (7) de acionamento do pistão, através do qual é expelido o óleo bombeado sobre os meios de acionamento de pistão.

10. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a ---9, caracterizado pelo fato de que o reservatório de óleo compreende uma região de coleta deóleo (11), na qual é coletada pelo menos uma parcela do óleo que é expelido pelos meios de acionamento de pistão.

11. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que aregião de coleta de óleo (11) possui uma geometria que permite escoamento do óleo coletado para o dreno (9) do reservatório de óleo (8).

12. Compressor de refrigeração com sistema de resfriamento interno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizadopelo fato de compreender ainda um dispositivo resfriador de óleo dispostono reservatório de óleo (8).