BRPI0906182A2 - aparelho de refrigeração - Google Patents

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BRPI0906182A2
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BRPI0906182-7A
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Kouki Morimoto
Masanori Yanagisawa
Kazuhiro Furusho
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Daikin Industries, Ltd.
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Abstract

APARELHO DE REFRIGERAÇÃO Em um aparelho de refrigeração (1) para o qual é utilizado o refrigerante que contém um composto representado por uma fórmula molecular C3HmFn (observe-se que m = 1-5, n = 1-5 e m + n = 6), um compressor que inclui um primeiro mecanismo de compressão (20A) e um segundo mecanismo de compressão (20A) e um segundo mecanismo de compressão (20B) no interior de um invólucro (11) é utilizado para reduzir ou evitar a decomposição de refrigerante devido a um aumento da temperatura de descarga de um compressor (10) que realiza uma fase de compressão de refrigerante em um ciclo de refrigeração.

Description

APARELHO DE REFRIGERAÇÃO
CAMPO DA TÉCNICA A presente invenção refere-se à um aparelho de refrigeração e, particularmente, refere-se a um aparelho de refrigeração para o qual é utilizado refrigerante que contém " um composto representado por uma fórmula molecular C3HhFn. . ANTECEDENTES DA TÉCNICA Convencionalmente, um aparelho de refrigeração que inclui um circuito de refrigeração no qual é realizado um — - 10- ciclo refrigerante vem sendo amplamente aplicado a-um sistema de condicionamento de ar etc. O Documento de Patente 1 revela que refrigerante que contém um composto representado por uma fórmula molecular C;H.F, é utilizado como refrigerante de um circuito refrigerante. Esse refrigerante possui excelentes propriedades como o refrigerante do circuito refrigerante e foram realizadas tentativas de aumento de um coeficiente de desempenho (COP) de um aparelho de refrigeração. Além disso, sabe-se que esse refrigerante não contém átomos de cloro e bromo e possui uma pequena influência sobre a destruição da camada de ozônio. . O refrigerante (C;H.Fn) descrito nó Documento de- —- Patente 1 possui propriedades tais como COP teórico relativamente alto e baixo potencial de aquecimento global (GWP). Desta forma, o uso do refrigerante para o ciclo de . 25 refrigeração pode fornecer um aparelho de refrigeração favorável para o meio ambiente que possui alta eficiência de r operação.
LISTA DE CITAÇÕES Documento de Patente Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japonês nº 04-110388 -
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO Problema da Técnica o refrigerante é propenso, entretanto, a decomposição sob alta temperatura e, portanto, o refrigerante é desejavelmente utilizado sob uma condição em que não é propenso a ser causado um aumento da temperatura.
Ao utilizar-se, por exemplo, um compressor de cilindro único com ' um estágio convencional, caso o volume do cilindro ou a razão . de compressão seja aumentada, aumenta-se uma velocidade de fluxo de descarga em resposta a um aumento da chamada : — “compressão excessiva” do refrigerante e a temperatura do o 10. refrigerante... tende .. a. . aumentar. -. Desta. forma, > existe àa possibilidade de que, ao utilizar-se o refrigerante em combinação com o compressor de cilindro único com um estágio, o refrigerante seja decomposto, dependendo das condições.
A presente invenção foi elaborada em vista do acima e é um objeto da presente invenção reduzir ou evitar a decomposição de refrigerante devido a um aumento da a temperatura de descarga de um compressor em um aparelho de refrigeração para o qual é utilizado um refrigerante que ' contém um composto representado por uma fórmula molecular CaHnmFn- -- "SOLUÇÃO DO PROBLEMA : ecsoomoocos Am ps a Um primeiro aspecto da presente invenção refere-se a um aparelho de refrigeração em que oO refrigerante de um circuito refrigerante (2) é um refrigerante com um único . 25 componente que contém o refrigerante representado pela fórmula molecular : CoHÁWFh (Observe-se que “MM” Ee “n” são r números inteiros maiores ou iguais a 1 e menores ou iguais a 5 e um relacionamento representado por uma expressão m + n = 6 é satisfatório) e que possui uma única ligação dupla em uma estrutura molecular ou uma mistura de refrigerantes que contém o refrigerante.
O aparelho de refrigeração inclui um compressor (10) para realizar uma fase de compressão de refrigerante e oO compressor (10) inclui um primeiro mecanismo de compressão (20A) e um segundo mecanismo de compressão (20B) no interior de um invólucro (11). No primeiro aspecto da presente invenção, pode ser utilizado um chamado compressor de “dois cilindros” ou de . “dois estágios” (10). Caso seja utilizado o compressor de . dois cilindros (10), entretanto, a velocidade de fluxo de descarga de cada cilindro pode ser reduzida em comparação com a de um compressor com um cilindro (10), de forma a reduzir a ' -— 10 compressão excessiva.
Desta. forma, para refrigerante que é propenso à decomposição sob alta temperatura, pode-se reduzir o aumento da temperatura do refrigerante.
Um segundo aspecto da presente invenção especifica a configuração do compressor (10) no primeiro aspecto da presente invenção como um compressor de dois estágios.
Especificamente, o segundo aspecto da presente invenção ' refere-se ao aparelho de refrigeração, de acordo o primeiro aspecto da presente invenção, em que O primeiro mecanismo de ' compressão (20A) do compressor (10) é um mecanismo de compressão em estágio mais baixo (20L) e O segundo mecanismo de - compressão (20B) é um mecanismo de compressão em- estágio—- - mais alto (20H); e os dois mecanismos de compressão (20A, 20B) servem de mecanismo de compressão de dois estágios (20L, 20H) para comprimir refrigerante em dois estágios. « 25 No segundo aspecto da presente invenção, como Se observará a partir do diagrama de Mollier da Fig. 4, O - refrigerante é comprimido em dois estágios para reduzir a compressão excessiva de refrigerante em um lado em estágio superior em comparação com uma compressão com um estágio, de forma a reduzir a temperatura de descarga.
Desta forma, pode-se reduzir o aumento da temperatura do refrigerante.
Um terceiro aspecto da presente invenção refere-se ao aparelho de refrigeração, de acordo o primeiro ou segundo aspecto da presente invenção, em que o mecanismo de compressão (20A, 20B) é um mecanismo de compressão do tipo pistão oscilante que inclui um cilindro (21L, 21H) que contém uma câmara de cilindro (25) e um pistão oscilante (28) que orbita ao longo de uma superfície em circunferência interna ' do cilindro (21L, 21H); em que uma lâmina (28b) que se . protubera para fora em uma direção radial é formada no pistão : oscilante (28); e em que membros de sustentação (29) para
7... sustentar. a lâmina (28b) de forma a mover a lâmina (28b) para - . frente e para trás são mantidos de forma giratória pelo ” ' cilindro (21L, 21H).
No terceiro aspecto da presente invenção, OS mecanismos de compressão (20A, 20B) são os mecanismos de compressão do tipo pistão oscilante. Um compressor do tipo pistão rolante (10) inclui um cilindro que contém uma câmara de cilindro; e um pistão rolante que orbita ao longo de uma ' superfície em circunferência interna do cilindro. O cilindro sustenta uma lâmina e uma extremidade dela (extremidade de Í ponta) ê pressionada contra uma superfície em circunferência externa do pistão rolante e colocada em contato com ela. Nesse compressor do tipo pistão rolante, a superfície em circunferência externa do pistão rolante e a superfície da extremidade de ponta da lâmina deslizam entre si para gerar calor e, portanto, o lado interno do compressor é propenso a . 25 ter alta temperatura. Existe, portanto, a possibilidade de que, caso se utilize o refrigerante, ele seja decomposto. No r terceiro aspecto da presente invenção, entretanto, como O compressor do tipo pistão oscilante (10) é utilizado considerando o refrigerante que é propenso à decomposição sob alta temperatura, o pistão oscilante (28) e a lâmina (28b) não deslizam entre si, de forma a não gerar calor nessa seção. Desta forma, o refrigerante é menos susceptível ao aquecimento.
Um quarto aspecto da presente invenção refere-se ao aparelho de refrigeração, de acordo qualquer um dentre o primeiro ao terceiro aspecto da presente invenção, em que o refrigerante representado pela fórmula molecular: C;HhFn (observe-se que “m“ e “nº” são números inteiros maiores ou ' iguais a 1 e menores ou iguais a 5 e é satisfeita a relação . representada pela expressão mM + n = 6) e que possui uma - única, ligação dupla na estrutura molecular é 2,3,3,3- TO 7* ” r-tetrafluoro-l-propeno. o .. . Um quinto aspecto da presente invenção refere-se ag TT] aparelho de refrigeração, de acordo qualquer um dentre o primeiro ao quarto aspecto da presente invenção, em que o refrigerante do circuito de refrigeração (2) é uma mistura de refrigerantes que contém adicionalmente difluorometano.
Um sexto aspecto da presente invenção refere-se ao aparelho de refrigeração, de acordo qualquer um dentre o : primeiro ao quinto aspecto da presente invenção, em que oO ' refrigerante do circuito de refrigeração (2) é uma mistura de S refrigerantes que contém adicionalmente pentafluoroetano. , * No quarto ao sexto aspecto da presente invenção, O compressor (10) que inclui os dois mecanismos de compressão — (20A, 20B) é utilizado considerando o refrigerante que é propenso à decomposição sob alta temperatura conforme o primeiro aspecto da presente invenção e, portanto, O - 25 refrigerante é menos susceptível ao calor.
Vantagens da Invenção 7 segundo o primeiro aspecto da presente invenção, pode ser utilizado o chamado compressor de “dois cilindros” ou de “dois estágios” (10). No compressor com dois cilindros desses compressores, a compressão excessiva de refrigerante de cada cilindro é reduzida em comparação com o compressor com um cilindro (10), de forma a reduzir a velocidade de fluxo de descarga.
Desta forma, o aumento da temperatura do refrigerante pode ser reduzido, reduzindo ou evitando a decomposição do refrigerante. Conforme o segundo aspecto da presente invenção, o refrigerante é comprimido em duas etapas, de forma a reduzir a temperatura de descarga em comparação com a da compressão ' em um estágio. Desta forma, a decomposição de refrigerante . pode ser reduzida ou evitada como no primeiro aspecto da - presente invenção, La 7 -- - segundo. o. terceiro aspecto da presente invenção, os “* mecanismos de compressão (20A, 20B) são os mecanismos de 7 compressão do tipo pistão oscilante, de forma a reduzir facilmente o aumento da temperatura do refrigerante. Desta forma, combinada com o uso dos dois mecanismos de compressão (20A, 20B), a decomposição do refrigerante pode ser reduzida ou evitada mais eficientemente.
Segundo o quarto ao sexto aspecto da presente ' invenção, o compressor (10) que inclui os dois mecanismos de compressão (20A, 20B) é utilizado considerando o refrigerante ' que é propenso à decomposição sob alta temperatura, de forma a reduzir o aumento da temperatura do refrigerante. Desta forma, a decomposição de refrigerante pode ser reduzida. i 7 |
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Fig. 1 é um diagrama de circuíto de refrigeração de um aparelho de refrigeração, de acordo uma primeira - 25 realização da presente invenção. A Fig. 2 é uma vista em seção longitudinal de um F compressor. A Fig. 3 é uma vista em seção cruzada de um mecanismo de compressão.
A Fig. 4 é um diagrama de Mollier que exibe uma alteração das propriedades de refrigeração no circuito de refrigeração.
A Fig. 5 é uma vista em seção longitudinal de um compressor conforme uma segunda realização. '
DESCRIÇÃO DOS CARACTERES DE REFERÊNCIA 1 Aparelho de refrigeração ' 2 Circuito de refrigeração - 10 Compressor 1. ' 11 Invólucro . 20A Primeiro mecanismo de compressão . 20B Segundo mecanismo de compressão . o 4 0 22bCilindro oo | 21H Cilindro TT TT : 20L Mecanismo de compressão em estágio inferior . 20H Mecanismo de compressão em estágio superior ' 25 Câmara de cilindro “o. . . 28 Pistão oscilante 28b Lâmina 5 29 Mancal oscilante (membro de sustentação) ' DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES , As realizações da presente invenção serão descritas em detalhes a seguir com referência às figuras. Primeira Realização da Invenção oeetoos ' Será descrita uma primeira realização da presente 7 7 invenção. A primeira realização refere-se a um sistema de condicionamento de ar. .
Conforme ilustrado. na Fig. 1, um sistema de - 25 condicionamento de ar (1) é um sistema de condicionamento de ar do tipo bomba de aquecimento e é comutável entre uma operação de resfriamento e uma operação de aquecimento.
Um circuito .de refrigeração (2) do sistema de condicionamento de ar (1) inclui um compressor (10) para realizar uma fase de compressão de refrigerante em um ciclo de refrigeração; uma válvula de comutação de quatro vias (3) que é um mecanismo de comutação da direção de fluxo para comutar uma direção de fluxo de refrigerante; um trocador de
.
l b calor externo (4) que é um trocador de calor do lado da fonte À de aquecimento; uma primeira válvula de expansão (5A) que é um primeiro mecanismo de expansão; um separador de gás e líquido (6); uma segunda válvula de expansão (5B) que é um segundo mecanismo de expansão; um trocador de calor interno : (7) que é um trocador de calor do lado da utilização; e um . acumulador (8). O circuito de refrigeração (2) é formado como ' um circuito fechado por meio de conexão desses componentes com canos.
" 10 O circuito de refrigeração (2) conforme a presente realização é cheio com um refrigerante com um único componente que contém HFO-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoro-1- propeno) como refrigerante. Observe-se que uma fórmula química do HFO-1234yf é representada por uma expressão CF; - CF = CH. Isso significa que esse refrigerante é um tipo de refrigerante com um único componente que contém refrigerante : representado pela fórmula molecular C3HwFn (observe-se que “m” e “n” são números inteiros maiores ou iguais a 1 e menores ou ' iguais a 5 e um relacionamento representado por uma expressão m + n=6 é satisfatório) e que possui uma única ligação dupla em uma estrutura molecular.
Uma porta de descarga do compressor (10) é conectada a uma primeira porta (P1) da válvula de comutação de quatro vias (3) e uma segunda porta (P2) da válvula de i « 25 comutação de quatro vias (3) é conectada a uma extremidade do | lado de gás do trocador de calor externo (4). Uma extremidade t do lado de líquido do trocador de calor externo (4) é conectada a uma extremidade do lado de líquido do trocador de calor interno (7) por meio da primeira válvula de expansão (5A), do separador de gás e líquido (6) e da segunda válvula de expansão (5B). Uma extremidade do lado de gás do trocador de calor interno (7) é conectada a uma terceira porta (P3) da válvula de comutação de quatro vias (3) e uma quarta porta ga ÊSÂOoOoAa E” úÔ A 555 RR RSS RSS SR RSS RR ER e RR RR RSRS SS 9/25 ” (P4) da válvula de comutação de quatro vias (3) é conectada a uma porta de sucção do compressor (10) por meio do acumulador (8). A válvula de comutação de quatro vias (3) é comutável entre um primeiro estado durante a operação de ' resfriamento, em que a primeira porta (Pl) comunica-se com à . segunda porta (P2) e a terceira porta (P3) comunica-se com a 7 quarta porta (P4) (estado indicado por uma linha sólida na Fig. 1); e um segundo estado durante a operação de ' 10 aquecimento, em que a primeira porta (Pl) comunica-se com a terceira porta (P3) e a segunda porta (P2) comunica-se com a quarta porta (P4) (estado indicado por uma linha tracejada na Fig. 1). Um cano de injeção (2A) é fornecido no circuito de refrigeração 2). O cano de injeção (2A) é um cano de injeção | para injetar refrigerante gasoso sob pressão intermediária ' que é fluido sob pressão intermediária no compressor (10). Uma extremidade do cano de injeção (2A) comunica-se com o separador de gás e líquido (6) e a outra extremidade comunica-se com o compressor (10). No separador de gás e líquido (6), armazena-se refrigerante sob pressão | intermediária, que possui pressão intermediária entre a pressão de condensação de refrigerante que é fluida sob alta pressão e a pressão de evaporação de refrigerante que é - 25 fluido sob baixa pressão. O cano de injeção (2A) é utilizado para injetar refrigerante em fase de gás sob pressão t intermediária do refrigerante sob pressão intermediária armazenado no separador de gás e líquido (6) no compressor (10).
A primeira válvula de expansão (5A) e a segunda válvula de expansão (5B) são válvulas motorizadas com abertura ajustável. O refrigerante sob pressão intermediária elaborado por meio de redução da sua pressão pela primeira válvula de expansão (5A) ou pela segunda válvula de expansão (5B) é armazenado no separador de gás e líquido (6).
O compressor (10) controla uma capacidade de operação em forma de etapa única ou múltiplas etapas. Com . 5 este propósito, conforme ilustrado na Fig. 2, um motor elétrico (30) para dirigir um mecanismo de compressão (20) é . acomodado no compressor (10). O motor elétrico (30) é . conectado a uma fonte de energia (35) por meio de um inversor --=-— - -- (mecanismo de controle da velocidade de rotação) (34) e uma frequência de direcionamento é alterada “para ajustar a o velocidade de rotação.
O compressor (10) é um compressor com dois estágios. Conforme ilustrado na Fig. 2, um mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) que é um primeiro mecanismo de compressão (20A); um mecanismo de compressão em estágio superior (20H) que é um segundo mecanismo de Í compressão (20B); e o motor elétrico (30) para dirigir os : dois mecanismos de compressão (20L, 20H) são acomodados em um invólucro hermético (11). O invólucro (11) inclui uma seção de corpo cilíndrico (12) que contém aberturas superior e inferior; e seções de placa posterior (13, 14) fixadas a TO seções de extremidade superior e inferior do seção de corpo (12) por meio de soldagem. O motor elétrico (30) incluí um estator (31) fixado * 25 à uma superfície em circunferência interna do invólucro (11); e um rotor (32) disposto em uma seção central do estator É (31). Um eixo de direcionamento (33) é conectado a uma seção central do rotor (32). O eixo de direcionamento (33) estende- se para baixo do rotor (32) e é conectado ao mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) e ao mecanismo de compressão em estágio superior (20H).
Uma seção inferior no interior do invólucro (11) serve de seção de armazenagem de óleo (17) de lubrificante e uma seção posterior inferior do eixo de direcionamento (33) é mergulhada no lubrificante da seção de armazenagem de óleo (17). Uma bomba de óleo centrífuga (36) é fornecida na seção posterior inferior do eixo de direcionamento (33) e o lubrificante é fornecido para seções deslizantes e seções de ' sustentação do mecanismo de compressão em estágio inferior . (20L) e do mecanismo de compressão em estágio superior (20H) - .ao longo de um trajeto de fornecimento de óleo (33c) no 77 *- interior do eixo de direcionamento (33). ' O mecanismo de compressão com estágio inferior — (20L) e O mecanismo de compressão com estágio superior (20H) são posicionados abaixo do motor elétrico (30) e são empilhados em duas camadas. O mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) e o mecanismo de compressão em estágio superior (20H) são os chamados mecanismos de compressão do "tipo pistão oscilante".
' O mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) : e o mecanismo de compressão em estágio superior (20H) possuem aproximadamente a mesma configuração e o mecanismo de compressão em estágio superior (20H). é disposto acima do mecanismo de compressão em estágio inferior (20L), Conforme : ilustrado na Fig. 3, no mecanismo de compressão (20L, 20H), um pistão oscilante (28) é acomodado em uma câmara de cilindro (25) formada em um cilindro (21H, 21L). Conforme - 25 ilustrado na Fig. 2, é fornecida uma placa intermediária (22) entre os cilindros (21H, 21L) dos mecanismos de compressão ? (20L, 20H). Uma placa inferior (cabeça traseira) (24) é fornecida sobre uma superfície inferior do cilindro com estágio inferior (211) para fechar o cilindro com estágio inferior (211) e uma placa superior (cabeça frontal) (23) é fornecida sobre uma superfície superior do cilindro com estágio superior (21H) para fechar o cilindro com estágio superior (21H).
O pistão oscilante (28) completo do mecanismo de compressão (20L, 20H) possui formato anular e uma seção excêntrica (33a, 33b) do eixo de direcionamento (33) é fixada de forma giratória junto ao pistão oscilante (28). A seção excêntrica (33a, 33b) é formada de forma que seja excêntrica ' para o centro de rotação do eixo de direcionamento (33). . Um trajeto de sucção (21a, 21b) é formado no ' cilindro (21H, 21L) e uma extremidade do trajeto de sucção o (21a,..21b). abre-se para a câmara de cilindro (25) para servir : de porta de sucção. Um trajeto de descarga (248) do mecanismo “7 O de compressão em estágio inferior (20L) é formado na placa inferior (24), enquanto um trajeto de descarga (23a) do mecanismo de compressão em estágio superior (20H) é formado na placa superior (23). Uma extremidade do trajeto de descarga (23a, 24a) abre-se para a câmara de cilindro (25) para servir de porta de descarga. Embora não exibida na Í figura, é fornecida uma válvula de descarga para abertura da . porta de descarga ao atingir-se uma pressão de descarga previamente determinada no trajeto de descarga (23a, 24a).
No cilindro (21H, 2174), um orifício de mancal cilíndrico (21c) que se estende em uma direção axial e que é Ú OSS posicionado entre a porta de sucção e a porta de descarga é formado de maneira a abrir-se para a câmara de cilindro (25). No pistão oscilante (28), uma seção de corpo anular (28a) é - 25 formada integralmente com uma lâmina (28b) que se protubera a partir da seção de corpo (28a) em uma direção radial. Um lado 7 da extremidade de ponta da lâmina (28b) é inserido no orifício de mancal (21c) por meio de mancais de oscilação (29) que são um par de membros de sustentação.
A lâmina (28b) divide a câmara de cilindro (25) em uma câmara de baixa pressão (25a) que se comunica com O trajeto de sucção (21a, 21b) e uma câmara de alta pressão (25b) que se comunica com o trajeto de descarga (23a, 24a). O pistão oscilante (28) comprime refrigerante orbitando a seção | de corpo (28a) ao longo de uma superfície em circunferência interna da câmara de cilindro (25) mediante oscilação da lâmina (28b) em volta dos mancais de oscilação (29) como um . 5 ponto de pivô. Um cano de sucção (15) para fornecimento de . refrigerante gasoso sob baixa pressão para o mecanismo de : compressão em estágio inferior (20L) é conectado ao trajeto — — de sucção (21) do mecanismo de compressão em estágio i inferior (20L). Um cano de refrigerante do lado de sucção = (28) (vide Fig. 1) do circuito de refrigeração (2) é conectado ao cano de sucção (15). ' Um abafador inferior (26) é fornecido na placa inferior (24). Um trajeto intermediário (20M) é formado no mecanismo de compressão (20). O trajeto intermediário (20M) penetra na placa intermediária (22) através da placa inferior 7 (24) e do cilindro com estágio inferior (21L) e comunica-se . com o trajeto de sucção (21b) do mecanismo de compressão com estágio superior (20H).
20 . * O cano de injeção (2A) é conectado à placa intermediária (22) para comunicar-se com ô trajeto o intermediário (20M) . Isso significa que o trajeto intermediário (20M) é configurado para que esteja em uma atmosfera sob pressão intermediária por meio do fornecimento -« 25 de refrigerante gasoso sob pressão intermediária. Essa configuração fornece refrigerante sob pressão intermediária ' para o mecanismo de compressão em estágio superior (20H) . Um amortecedor superior (27) que cobre o trajeto de descarga (23a) do mecanismo de compressão em estágio superior (20H) é fornecido na placa superior (23), .O trajeto de descarga (23a) do mecanismo de compressão em estágio superior (20H) abre-se para o invólucro (11) por meio do amortecedor superior (27) e é configurado de tal forma que o lado interno
| 14/25 ] do invólucro (11) esteja em uma atmosfera de alta pressão. Um cano de descarga (16) para descarte de refrigerante gasoso sob alta pressão para o circuito ! refrigerante (2) é fixado a uma seção superior do invólucro | : 5 (11). Um cano de refrigeração do lado da descarga (2C) do Ú circuito de refrigeração (2) é conectado ao cano de descarga . (16) (vide a Fig. 1). : OPERAÇÃO . Será descrita em seguida uma operação de condicionamento de ar do sistema de condicionamento de ar (1).
Na operação de resfriamento, a válvula de comutação de quatro vias (3) é comutada para O estado indicado pela linha sólida na Fig. 1. O refrigerante descarregado do compressor (10) é condensado por meio de troca de calor com ar externo no trocador de calor externo (4). A pressão do | ' refrigerante líquido é reduzida pela primeira válvula de i expansão (5A) e, em seguida, esse refrigerante é armazenado no separador de gás e líquido (6) na forma de refrigerante sob pressão intermediária que possui pressão intermediária entre a pressão de condensação € a pressão de evaporação.
A pressão de refrigerante líquido sob pressão intermediária do refrigerante sob pressão intermediária no separador de gás e líquido (6) é reduzida pela segunda - 25 válvula de expansão (5B). Em seguida, esse refrigerante é evaporado por meio da troca de calor com ar ambiente no ? trocador de calor interno (7), de forma a resfriar o ar ambiente. Em seguida, o refrigerante gasoso retorna para O compressor (10) por meio do acumulador (8), de forma a realizar uma operação de circulação de refrigeração.
Por outro lado, na Operação de aquecimento, a válvula de comutação de quatro vias (3) é comutada para O estado indicado pela linha tracejada na Fig. 1. o refrigerante descarregado do compressor (10) troca calor com ar interno no trocador de calor interno (7) e é condensado em seguida enquanto aquece o ar ambiente.
Em seguida, a pressão do refrigerante líquido é reduzida pela segunda válvula de ' 5 expansão (5B) e esse refrigerante é armazenado no separador de gás e líquido (6) como refrigerante sob pressão . intermediária.
A pressão de refrigerante líquido sob pressão —. 1... intermediária do refrigerante sob pressão intermediária no — —.>- separador de gás a líquido (6) é “reduzida pela primeira” -ºo cc válvula de expansão (5A) e esse refrigerante é evaporado em seguida por meio de troca de calor com ar externo no trocador de calor externo (4). Em seguida, o refrigerante gasoso retorna para Oo compressor (10) por meio do acumulador (8), de forma a realizar a operação de circulação de refrigerante.
Como é fornecido o cano de injeção (2A), ' refrigerante gasoso sob pressão intermediária no separador de . gás e líquido (6) é injetado no compressor (10) na operação de condicionamento de ar. -. Será descrita uma alteração das propriedades de refrigeração no circuito de refrigeração (2) com referência à * Fig. 4. Em primeiro lugar, refrigerante no compressor (10) é comprimido de forma a sofrer transição de um estado sob - 25 baixa pressão em um ponto A para um estado de alta pressão de condensação em um ponto B por meio da injeção de refrigerante " sob pressão intermediária.
O refrigerante gasoso sob alta pressão é condensado no trocador de calor externo (4) ou no trocador de calor interno (7) e é alterado em seguida para refrigerante líquido sob alta pressão em um ponto C.
A pressão do refrigerante líquido sob alta pressão é reduzida até um ponto D pela primeira válvula de expansão (5A) ou pela segunda válvula de expansão (5B), de forma a mudar para refrigerante sob pressão intermediária.
O refrigerante sob pressão intermediária é armazenado no separador de gás e líquido (6) e é separado em refrigerante líquido sob pressão intermediária e refrigerante gasoso sob pressão intermediária no separador de gás e líquido (6). ' O refrigerante gasoso sob pressão intermediária . separado é injetado no compressor (10) por meio do cano de ' injeção (2A) em um ponto E (o refrigerante no ponto D possui “e. - temperatura mais baixa que “a do rtTefrigerante gasoso - descarregado do mecanismo de compressão em estágio inférior : (20L) e os dois são misturados entre si para iniciar um segundo estágio da compressão no ponto E). Enquanto isso, a pressão do refrigerante líquido sob pressão intermediária é reduzida de um ponto F para um ponto G pela segunda válvula de expansão (5B) ou pela primeira válvula de expansão (5A) e, portanto, o refrigerante torna-se um refrigerante bifásico " sob baixa pressão.
O refrigerante bifásico sob baixa pressão . evapora no trocador de calor interno (7) Ou no trocador de calor externo (4). Em seguida, esse refrigerante realiza transição para o estado no ponto A e retorna em seguida para o compressor (10). 7 o ' " Consequentemente, na operação de aquecimento, O refrigerante gasoso sob pressão intermediária é adicionado ao Ú refrigerante que flui no trocador de calor interno (7) que - 25 serve de condensador, de forma a aumentar a quantidade de refrigerante em circulação.
Desta forma, aumenta-se a 7 capacidade de aquecimento.
Por outro lado, na operação de refrigeração, O refrigerante bifásico sob baixa pressão no ponto G possui uma diferença de entalpia que aumenta do ponto D para o ponto F, de forma a aumentar a quantidade de calor de refrigerante a evaporar no trocador de calor interno (7). Desta forma, aumenta-se a capacidade de resfriamento.
Como se observará por meio de um diagrama de Mollier da Fig. 4, a compressão em dois estágios é empregada na presente realização e, portanto, uma temperatura de descarga de refrigerante é mais baixa que em um ciclo de refrigeração por compressão em um estágio exibido por uma ' linha virtual. . Será descrita a seguir uma operação de compressão do compressor (10). : : e 0. Ao girar-se o eixo de direcionamento 433) por meio de direcionamento do motor elétrico (30), os pistões oscilantes (28) do mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) e o mecanismo de compressão em estágio superior (20H) oscilam e orbitam em volta do centro do orifício de mancal (21c) como O ponto de pivô. O refrigerante gasoso sob baixa pressão que retorna do acumulador (8) no circuito refrigerante (2) flui para o interior da câmara de ' cilindro (25) por meio do trajeto de sucção (21a) do BR mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) e ê comprimido pela oscilação do pistão oscilante (28).
Enquanto isso, refrigerante... sob... -. pressão... . intermediário é fornecido pelo separador de gás e líquido (6) ao trajeto intermediário (20M) e, portanto, a válvula de descarga do mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) é aberta quando a pressão de refrigerante na câmara de - 25 cilindro (25) atingir um nível de pressão intermediária. O refrigerante descarregado do mecanismo de compressão em 7 estágio inferior (20L) passa do trajeto de descarga (24a) através do amortecedor inferior (26) e flui para o interior do trajeto de sucção (21b) do mecanismo de compressão em estágio superior (20H) através do trajeto intermediário (20M) . Esse refrigerante une refrigerante sob pressão intermediária do cano de injeção (2A) no trajeto intermediário (20M) e flui para o interior da câmara de cilindro (25) do mecanismo de compressão em estágio superior (20H) . No mecanismo de compressão em estágio superior (20H), refrigerante sob pressão intermediária é comprimido e : 5 refrigerante sob alta pressão é descarregado no interior do invólucro (11). O refrigerante sob alta pressão passa entre o . estator (31) e o rotor (32) do motor elétrico (30) e é descarregado para o circuito de refrigeração (2). (9) - ' refrigerante sob alta. pressão , circula, no circuito i de : refrigeração (2) conforme descrito acima.
Nesse estado, caso seja utilizado um compressor do tipo pistão rolante como compressor, uma superfície em circunferência externa de um pistão rolante e uma superfície da extremidade de ponta de uma lâmina deslizam entre si para gerar calor e, portanto, o lado interno de um compressor, é propenso a ter alta temperatura. Existe, portanto, uma : possibilidade de que, ao utilizar-se O refrigerante que . contém o composto representado pela fórmula molecular C3HhFn, tal como o refrigerante HFO-1234yf, o refrigerante é decomposto. Na presente realização, entretanto, O Compressor . . . do tipo pistão de oscilação é utilizado considerando refrigerante que é propenso a ser decomposto sob alta temperatura. Desta forma, o pistão e a lâmina não deslizam entre si, de forma a não gerar calor nessa seção. - 25 Consequentemente, O refrigerante é menos susceptível ao aquecimento. 7 VANTAGENS DA PRIMEIRA REALIZAÇÃO: Na presente realização, como O refrigerante do circuito de refrigeração (2), é utilizado O refrigerante com um único componente que contém HFO-1234yf (2,3,3,3- tetrafluoro-1-propeno). O HFO-1234yf possui propriedades tais como COP teórico relativamente alto. Desta forma, é utilizado, o refrigerante com um único componente desse refrigerante,
para realizar um ciclo de refrigeração com excelente eficiência de operação. Consequentemente, pode ser aprimorada a eficiência de operação do aparelho de refrigeração (1). Além disso, o HFO-1234yf possui propriedades tais como potencial de aquecimento global (GWP) relativamente ' baixo. Desta forma, o refrigerante com um único componente . desse refrigerante é utilizado como refrigerante, de forma a fornecer o aparelho de refrigeração favorável para o meio o ambiente (1), , o : S e o o Na presente realização, são utilizados o compressor com dois estágios que inclui o mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) e o mecanismo de compressão em estágio superior (20H), o que resulta em temperatura de descarga de refrigerante mais baixa que a de um compressor com um cilindro em estágio único. Desta forma, mesmo no refrigerante HFO-1234yf, que é mais propenso à decomposição sob alta ' temperatura, não é causada a decomposição de refrigerante.
. Na presente realização, utiliza-se O compressor do tipo de pistão oscilante (10), de forma a não causar O deslizamento da superfície em circunferência. externa. .do. . . pistão e da superfície de extremidade de ponta da lâmina, que é causada no compressor de tipo de pistão rolante. Desta forma, o calor resultante do deslizamento desses membros não é gerado e, portanto, não causa a decomposição do -« 25 refrigerante, mesmo no refrigerante HFO-1234yf, que é propenso à decomposição sob alta temperatura.
" HFO-1234yf é um refrigerante apropriado para uso sob condições de baixa pressão e é difícil garantir uma quantidade suficiente dele em circulação. Desta forma, considerando que a capacidade de refrigeração suficiente dificilmente é garantida, refrigerante gasoso sob pressão intermediária é injetado no compressor (10) na presente realização, Consequentemente, aumenta a capacidade de operação aparente para aumentar à quantidade de refrigerante em circulação, de forma a aumentar à capacidade de refrigeração mesmo com o HFO-1234yf, com o qual é difícil garantir capacidade de refrigeração suficiente. : 5 Na presente realização, é realizado o controle do inversor e, portanto, o aumento da velocidade de rotação . resulta em um aumento da quantidade de sucção. Consequentemente, essa configuração também aumenta —a = 1 capacidade de operação para aumentar. a .quantidade de. .—. — refrigerante em circulação, de forma a aumentar a capacidade de refrigeração mesmo com o HFO-1234yf, com o qual é difícil garantir capacidade de refrigeração suficiente.
VARIAÇÃO DA PRIMEIRA REALIZAÇÃO Na primeira realização, é empregado um sistema no qual refrigerante gasoso sob pressão intermediária é injetado no compressor (10) no ciclo de refrigeração por compressão de o dois estágios. . Como fica evidente a partir do diagrama de Mollier da Fig. 4, o ciclo de refrigeração com duas compressões é-o sistema no qual, após a compressão -do «gás refrigerante sob -- baixa pressão até um nível de pressão intermediário no mecanismo de compressão em estágio inferior (20L), O refrigerante gasoso sob pressão intermediária é resfriado até , uma temperatura próxima de uma temperatura de vapor saturado - 25 e, em seguida, esse refrigerante é adicionalmente comprimido no mecanismo de compressão em estágio superior (20H). Na 7? primeira realização, é empregado o sistema de injeção de gás, no qual o separador de gás e líquido (6) é utilizado como um refrigerador intermediário (unidade de resfriamento intermediária) para resfriamento de refrigerante gasoso sob pressão intermediária. como refrigerador intermediário, entretanto, podem ser utilizados outros sistemas, incluindo unidades tais como um trocador de calor refrigerante para troca de calor entre refrigerante líquido sob alta pressão e refrigerante bifásico elaborado por meio de redução da pressão do refrigerante líquido sob alta pressão até um nível de pressão intermediária. . 5 SEGUNDA REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO Será descrita a seguir uma segunda realização da . presente invenção. Na segunda realização, não um compressor com dois ás estágios, mas um compressor com dois cilindros (10) É oo ão : utilizado como compressor para realizar uma fase de compressão de um ciclo de refrigeração.
Conforme ilustrado na Fig. 5, no compressor conforme a segunda realização, um primeiro mecanismo de compressão (20A) e um segundo mecanismo de compressão (20B) são dois mecanismos de compressão que não estão em estágios inferiores e superiores, mas sim em relacionamento paralelo. ' Um trajeto de sucção (21a, 21b) é fornecido em cada um dos . mecanismos de compressão (20A, 20B) e os trajetos de sucção (21a, 21b) são conectados a um cano de refrigerante do lado de sucção (2B) de um circuito de refrigeração. ..(2) em-.- --- paralelo. Na primeira realização, O primeiro mecanismo de compressão (20A) e o segundo mecanismo de compressão (20B) encontram-se sobre os estágios inferior e superior e os dois mecanismos de compressão (20A, 20B) são conectados entre si * 25 por meio do trajeto intermediário (20M). Essa configuração não é empregada, entretanto, na segunda realização. 7 Um amortecedor inferior (26) fixado a uma placa inferior (24) abre-se para um espaço interno de um invólucro (11) e o refrigerante descarregado pelo primeiro mecanismo de compressão (20A) e pelo segundo mecanismo de compressão (20B) é descarregado separadamente para o invólucro (11).
Na presente realização, não é empregada a configuração na qual refrigerante gasoso sob pressão intermediária é injetado nos mecanismos de compressão.
Como ocorre com outras configurações, a segunda realização possui as mesmas configurações da primeira realização. Uma operação é a mesma da primeira realização, . 5 exceto pela não realização da compressão em dois estágios. VANTAGENS DA SEGUNDA REALIZAÇÃO: . Na segunda realização, é utilizado O compressor com dois cilindros em um estágio (10). No compressor com dois : : cilindros em um estágio, o volume de cada cilindro pode ser .— —. - reduzido em comparação com o do compressor com um cilindro em um estágio. Desta forma, a compressão excessiva em cada cilindro pode ser reduzida, de forma a reduzir a velocidade de fluxo de descarga. Isso reduz o aumento da temperatura do refrigerante, de forma a reduzir ou evitar a decomposição do refrigerante. com relação a outras vantagens, a segunda ' realização possui as mesmas vantagens da primeira realização. . OUTRAS REALIZAÇÕES: As realizações acima podem possuir as configurações a seguir, mm ee eee Ao -— . .
Nas realizações acima, utiliza-se, por exemplo, o compressor que inclui os mecanismos de compressão do tipo pistão oscilante (20A, 20B). Ele não se limita, entretanto, - ao mecanismo de compressão do tipo pistão oscilante €e pode * 25 ser utilizado um mecanismo de compressão do tipo espiral ou do tipo pistão rolante. Neste caso, emprega-se um mecanismo ' de compressão com dois cilindros ou com dois estágios (20A, 20B), de forma a reduzir ou evitar um aumento da temperatura de descarga de refrigerante. Consequentemente, pode-se reduzir ou evitar a decomposição de HFO-1234yf que é refrigerante.
Na realização acima, como refrigerante do circuito de refrigeração (10), pode ser utilizado O refrigerante com um componente do refrigerante representado pela fórmula molecular: CxHhWFn (observe-se que m = 1-5, n= 1-5em+ ns 6) e que contém a única ligação dupla na estrutura molecular, diferente de HFO-1234yf. Especificamente, o refrigerante com . 5 um único componente inclui, por exemplo, 1,2,3,3,3- pentafluoro-1-propeno (denominado “HFO-1225ye” e sua formula . química é representada por uma expressão CF; - CF = CHF); 1,3,3,3-tetrafluoro-l-propeno (denominado “HFO-1234ze” e sua - . NS : formula química é representada. por. uma expressão CF; — CH T=" ” CHF); 1,2,3,3-tetrafluoro-l-propeno (denominado “HFO-1234ye"” e sua fórmula química é representada por uma expressão CHF; — CF = CHF); 3,3,3-trifluoro-l1-propeno (denominado “HFO-1243zf” e sua fórmula química é representada por uma expressão CF; — CH = CH;); 1,2,2-trifluoro-l-propeno (sua fórmula química é representada por uma expressão CH; — CF = CF;); e 2-fluoro-1- - . propeno (sua fórmula química é representada por uma expressão - CH; — CF = CH).
Ú Nas realizações acima, pode-se utilizar uma mistura de refrigerantes, que é elaborada por meio da adição de pelo menos um dentre HFC-32 (difluorometano), HFC-125 (pentafluoroetano), HFC-134 (1,1,2,2-tetrafluoroetano), HFC- 134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano), HFC-143a (1,1,1- trifluoroetano), HFC-152a (1,1-difluoroetano), HFC-161, HFC- à 227€ea, HFC-236€a, HFC-236fa, HFC-365mf£fc, metano, etano, propano, propeno, butano, isobutano, pentano, 2-metílbutano, - ciclopentano, dimetil éter, sulfeto de bistrifluorometila, dióxido de carbono e hélio; ao refrigerante representado pela fórmula molecular e que possui a única ligação dupla na estrutura molecular (1,2,3,3,3-pentafluoro-1-propeno; 2,3,3,3-tetrafluoro-1-propeno; 1,3,3,3-tetrafluoro-1-propeno; 1,2,3,3-tetrafluoro-l1-propeno; 3,3,3-trifluoro-l1-propeno; 1,2,2-trifluoro-l1-propeno; e 2-fluoro-1-propeno) .
Pode ser utilizada uma mistura de refrigerantes, por exemplo, do HFO-1234yf e HFC-32. Neste caso, pode ser utilizada a mistura de refrigerantes em que a proporção do HFO-1234yf é de 78,2% em massa e a proporção do HFC-32 é de : 5 21,8% em massa.
Além disso, pode ser utilizada a mistura de refrigerantes em que à proporção do HFO-l1234yf é de 77,6% em - massa e a proporção do HFC-32 é de 22,4% em massa.
Na mistura de refrigerantes do HFO-1234yf e HFC-32, a proporção do HFO- - 1234yf pode ser maior ou igual a 70% em massa e menor ou — —— ao igual a 94% em massa e a proporção do HFC-32 pode ser maior ou igual a 6% em massa e menor ou igual a 30% em massa.
A proporção do HFO-1234yf é preferencialmente maior ou igual a 77% em massa e menor ou igual a 87% em massa e à proporção do HFC-32 pode ser maior ou igual a 13% em massa e menor ou igual a 23% em massa.
De maior preferência, a proporção do HFO-1234yf é maior ou igual a 77% em massa e menor ou igual a ' 79% em massa e a proporção do HFC-32 é maior ou igual a 21% . em massa e menor ou igual a 23% em massa.
Pode ser utilizada uma mistura de refrigerantes ão HFO-1234yf e HFC-125. Neste caso, a proporção-do -HFC-125 é preferencialmente maior ou igual a 10% em massa e, de maior preferência, maior ou igual a 10% em massa e menor ou igual a 20% em massa.
Pode ser utilizada uma mistura de refrigerantes do - 25 HFO-1234yf, HFC-32 e HFC-125. Neste caso, pode-se utilizar uma mistura de refrigerantes que contém o HFO-1234yf em 52% 7 em massa, O HFC-32 em 23% em massa e O HFC-125 em 25% em massa.
As realizações acima foram descritas meramente como formas de exemplos de natureza preferida e não se destinam a limitar o escopo, aplicações e uso da presente invenção.
APLICABILIDADE INDUSTRIAL: Conforme descrito acima, a presente invenção é útil
O .---pp—r-—-—-ss ssa oo aeseose.—Ç.>PD8>M a —— .— .—> ———.— sv .AÇ-—. st seseeeeeeeeeeeeeea— o SJSÂÔÂÔÂ OOMMAÓM OA AAA AAA & SA AA O»! O A OS 2245 ,-j s* “A aa É | 25/25 : para o aparelho de refrigeração para o qual é utilizado o refrigerante que contém o composto representado pela fórmula molecular C;HhFn.

Claims (6)

CCC CS 1/2 ] REIVINDICAÇÕES
1. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO, em que o refrigerante de um circuito refrigerante (2) é um refrigerante com um único componente que contém o refrigerante representado pela fórmula molecular: C;HÁWFh, em que “m“ e “nº” são números inteiros maiores ou iguais a 1 e menores ou iguais a 5 e um BR relacionamento representado por uma expressão m + n = 6 é : satisfatório, e que possui uma única ligação dupla em uma estrutura molecular ou uma mistura de refrigerantes que contém o refrigerante, em que o aparelho de refrigeração é caracterizado pelo fato de compreender um compressor (10), para realizar uma fase de compressão de refrigerante, em que o compressor (10) inclui um primeiro mecanismo de compressão (20A) e um segundo mecanismo de compressão (20B) no interior de um invólucro (11).
2. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO, de acordo com a Ú reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: : - o primeiro mecanismo de compressão (20A) do compressor (10) é um mecanismo de compressão em estágio inferior (20L) e o segundo mecanismo de compressão (20B) é um mecanismo de compressão em estágio superior (20H); e - os dois mecanismos de compressão (20A, 20B) servem de mecanismo de compressão em dois estágios (20L, 20H) para a compressão de refrigerante em dois - 25 estágios.
3. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO, de acordo com à ' reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que Oo mecanismo de compressão (20A, 20B) é um mecanismo de compressão do tipo pistão oscilante que inclui um cilindro (21L, 21H) que contém uma câmara de cilindro (25) e um pistão oscilante (28) que orbita ao longo de uma superfície em circunferência interna do cilindro (21L, 21H); em que uma lâmina (28b) que se protubera para fora em uma direção radial é formada no pistão oscilante (28); e em que membros de sustentação (29) para sustentar a lâmina (28b) de forma a mover a lâmina " (28b) para frente e para trás são mantidos de forma " giratória pelo cilindro (211, 21H). . 5
4. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO, de acordo com. a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o * refrigerante representado pela fórmula molecular: C;HÁFn em - que “m” e “nº” são números inteiros maiores Ou iguais a 1 e * =" '- menores oú iguais a 5 e é catisfeita a relação representada ' “7 10 pelãá expressão m + n = 6 é que possui uma única ligação O dupla na estrutura molecular é 2,3,3,3-tetrafluoro-1- propeno. '
5, APARELHO DE REFRIGERAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado —pelo fato de que O refrigerante do circuito de refrigeração (2) é uma mistura - de refrigerantes que contém adicionalmente difluorometano. o
6. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO, de acordo com a . reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o refrigerante do circuito de refrigeração (2) é uma mistura de refrigerantes que contém adicionalmente pentafluoroetano. e
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