BRPI1101032A2 - Dispositivo de expansão de um sistema de refrigeração - Google Patents

Abstract

Dispositivo de expansão de um sistema de refrigeração a presente invenção se refere a um dispositivo de expansão (10) de um sistema de refrigeração, adaptado para a regulagem da vazão mássica do fluido refrigerante, consistindo basicamente a novidade em um tubo (11) com uma entrada (12) e uma saída (13) de fluido refrigerante, o dito tubo (11) apresentando um fuso (14) no seu interior, sendo que o dito fuso (14) é deslocável longitudinalmente dentro do tubo (11).

Description

“DISPOSITIVO DE EXPANSAO DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO" CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a um dispositivo de expansão de um sistema de refrigeração, o qual é apropriado para a regulagem da vazão mássica do fluido refrigerante.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Conforme é de conhecimento geral, um sistema de refrigeração compreende, basicamente, um compressor, um condensador, um dispositivo de expansão e um eva-porador. O fluido refrigerante (na fase gasosa) é comprimido no compressor e escoa até o condensador, onde é resfriado, por exemplo, por meio do ar ambiente ou de á-gua, e passa para a fase líquida. O fluido refrigerante, à alta pressão, escoa até o dispositivo de expansão, onde a sua pressão é reduzida, e em seguida, escoa para o e-vaporador, onde absorve o calor da carga (alimentos, por exemplo) e passa para a fase gasosa. Finalmente, o refrigerante é aspirado pelo compressor, completando, assim, o ciclo de refrigeração.

TÉCNICA ANTERIOR E SEUS INCONVENIENTES

Os dispositivos de expansão promovem a redução da pressão, do fluido refrigerante e, segundo a técnica anterior, compreendem válvulas de expansão (termostásti-cas ou pressostáticas, por exemplo) e tubos capilares, que são tubos com um diâmetro reduzido, isto é, com um diâmetro menor do que aquele do tubo onde escoa o fluido refrigerante. Para sistemas de refrigeração de pequeno porte, como, por exemplo, em geladeiras de uso doméstico, utilizam-se os tubos capilares, énqúanto que para sistemas de grande porte, são usadas as válvulas de expansão.

No caso de tubos capilares, estes são dimensionados para uma única temperatura ambiente, na condição de melhor performance do sistema de refrigeração, o que acarreta na queda de performance quando a carga térmica a ser refrigerada é pequena ou quando a temperatura ambiente se reduz, como no inverno. Da mesma forma, quando a temperatura ambiente está elevada, como no verão, a performance do sistema decai.

Assim, para se aliar a máxima performance de um sistema de refrigeração ao mais baixo custo de utilização, constatou-se que era necessário variar a capacidade de refrigeração do sistema de acordo com a carga a ser refrigerada. Criaram-se, então, os compressores com capacidade variável.

Assim, quando o compressor trabalha em baixa capacidade (baixas rotações), o tubo capilar tem uma capacidade de escoamento de fluido refrigerante maior do que a vazão liberada pelo compressor, o que acarreta perdas de 5% a 15% dependendo do sistema e da temperatura ambiente.

Para tentar contornar os inconvenientes dos tubos capilares citados acima, foram criados dispositivos de expansão de vazão variável.

Um inconveniente dos dispositivos de expansão de vazão variável da técnica anterior é o fato de que, em sistemas de pequeno porte, em que as vazões são pequenas, o uso deste dispositivo é inviável construtiva e financeiramente.

Um outro inconveniente dos dispositivos de expansão de vazão variável consiste em que, nos sistemas de grande porte, onde apresentam viabilidade econômica, não possibilitam, construtivamente, a sua utilização como trocadores de calor na linha de sucção do compressor, o que impede o aumento da performance do sistema de refrigeração.

Assim, os dispositivos de expansão variáveis da técnica anterior ou não são viáveis construtiva e economicamente (nos sistemas de pequeno porte) ou não permitem a sua utilização como trocador de calor (nos sistemas de grande porte), o que aumentaria a performance do sistema de refrigeração.

OBJETIVOS E VANTAGENS DA INVENÇÃO A presente invenção tem como obietivo proporcionar um dLSDOsitivo.de.expansão de vazão mássica variável, que possibilite uma excelente performance do sistema de refrigeração, podendo ser utilizado em sistemas de pequeno porte, voltado para sistemas portáteis e móveis, ou de grande porte.

Este objetivo é alcançado por meio de um dispositivo de expansão de um sistema de refrigeração, adaptado para a regulagem da vazão mássica do fluido refrigerante, que compreende um tubo com uma entrada e uma saída de fluido refrigerante, o dito tubo apresentando um fuso no seu interior, sendo que o dito fuso é deslocável longitudinalmente dentro do tubo. O deslocamento do fuso pode ser efetuado por meios elétricos, mecânicos ou pneumáticos.

Convenientemente, o dispositivo de expansão está disposto no interior de um segundo tubo, na linha de sucção do compressor, configurando um trocador de calor.

Assim, uma vantagem da invenção é o fato de que o dispositivo de expansão de acordo com a invenção se desloca constantemente, a fim de operar sempre no ponto de maior eficiência do sistema de refrigeração.

Uma outra vantagem do dispositivo de expansão de acordo com a invenção é o fato de que o mesmo pode ser utilizado como trocador de calor na linha de sucção do compressor, tanto em sistemas de grande porte como de pequeno porte, possibilitando o aumento da performance do sistema de refrigeração.

Outra vantagem é o fato de que o segundo tubo atua como um acumulador de líquido, e, assim, o dispositivo de expansão de acordo com a invenção possibilita reunir, em um mesmo espaço, o trocador de calor, o dispositivo de expansão em si, e o acumulador de líquido, permitindo a compactação do sistema, o que é uma vantagem considerável em sistemas de pequeno porte, como em geladeiras de uso doméstico ou para sistemas de refrigeração portáteis e miniaturizadas, com pouco espaço livre. O acumulador de líquido tem como função evitar a entrada de refrigerante no estado líquido dentro da câmara de compressão durante oscilações de carga térmica ou temperatura ambiente.

Ainda, destaca-se a possibilidade do mesmo ser utilizado em laboratórios de desenvolvimento de sistemas de refrigeração como um gabarito para determinação de tubos capilares equivalentes. Nestes casos, o dispositivo é aplicado a um sistema de refrigeração e ajustado até o produto atingir sua melhor performance. Na seqüência mede-se a vazão do mesmo em uma bancada de referência com o fluido nitrogênio e determina-se o tubo capilar correspondente.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A invenção será a seguir mais detalhadamente descrita, a título de exemplo, com base nas figuras anexas: FIGURA 1 — vista esauemática de um .sistema de refriaeracão, com.um.dispositivo de expansão de acordo com a técnica anterior: e FIGURA 2 — vista esquemática de um sistema de refrigeração com um dispositivo de expansão de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A figura 1 mostra uma vista de um sistema de refrigeração convencional, onde se observa um compressor 1, o qual bombeia ó gás refrigerante a alta pressão 2, o dito gás passa pelo condensador 3, se condensa e escoa como líquido a alta pressão 4, o qual passa pelo dispositivo de expansão 5, onde a sua pressão é reduzida. Em seguida, o líquido a baixa pressão 6 passa pelo evaporador 7, absorve o calor da carga, se vaporiza, e o gás refrigerante 8, escoando pela linha de sucção 9, é novamente aspirado pelo compressor 1, concluindo o ciclo. A figura 2 mostra um sistema de refrigeração utilizando uma concretização preferida do dispositivo de expansão 10 de acordo com a invenção. O dispositivo de expansão 10 compreende um tubo 11, com uma entrada 12 e uma saída 1 3 de fluido refrigerante, e um fuso 14 disposto no seu interior. Na presente concretização a superfície interna do tubo 11 é lisa, entretanto, alternativamente, a superfície pode apresentar uma rosca com o mesmo passo da rosca do fuso 14. O fluido refrigerante é admitido no dispositivo através da entrada 12, escoa entre os filetes do fuso 14, e sai pela saída 13.

Sensores (não mostrados) instalados no sistema de refrigeração enviam sinais para, por exemplo, um motor elétrico ou um atuador (não mostrados), o qual acio- na o fuso 14 deslocando-o longitudinalmente para a direita ou para a esquerda, de modo que a vazão mássica possa ser regulada. Como alternativa, o fuso pode ser acionado manualmente, ou também pneumaticamente pelo diferencial de pressão do sistema de refrigeração. Para uma capacidade máxima de refrigeração, o fuso é deslocado totalmente para a esquerda, a fim de que a perda de carga do fluido refrigerante seja mínima, possibilitando, assim, a máxima vazão do dito fluido refrigerante.

Uma lógica de controle pode ser incorporada, de modo que a vazão possa variar de 0% a 100%. Na posição de 0% o dispositivo atuaria como uma válvula de bloqueio.

Quando o sistema já está estabilizado, como por exemplo, quando os produtos dentro de uma geladeira já estão resfriados a uma temperatura satisfatória, a carga térmica do sistema tende a decair, assim como a capacidade de refrigeração do sistema de refrigeração. Assim, a vazão de fluido refrigerante tende a ser reduzida, de modo que o sistema de refrigeração trabalhe em um nível de operação mais reduzido. Neste caso, um acionamento elétrico, mecânico ou pneumático aciona o fuso avançando-o para a direita. Com o fuso deslocado para a direita, conforme mostra.a_figura_2 aumenta a perda de carga, uma vez que a quantidade de filetes rio fuso 14 a ser percorrida pelo fluido refrigerante é maior, e, assim, a vazão de fluido refrigerante diminui, adequando o sistema à necessidade de refrigeração daquele momento. Naturalmente, o fuso 14 pode ser deslocado para qualquer posição com relação ao tubo 11, a fim de que o sistema de refrigeração trabalhe sempre na condição de maior eficiência. A figura 2 mostra ainda qüe o fluido refrigerante, aò deixar o tubo 11, passa a-través do evaporador 15, e, em seguida passa por um segundo tubo 16, disposto na linha de sucção 17. O tubo 16, em conjunto com o tubo 11, configura um trocador de calor, e, adicionalmente, serve de acumulador de líquido do sistema. No trocador de calor, o fluido refrigerante no tubo 16, absorve calor do tubo 11, e, em seguida, escoando pelo outro trecho da linha de sucção 17, é novamente aspirado pelo compressor 18.

Em seguida, reiniciando o ciclo, o fluido refrigerante é bombeado pelo compressor 18, passa pelo condensador 19, e penetra novamente no dispositivo de expansão 10 através da entrada 12.

Assim, conforme já citado anteriormente, o dispositivo de expansão de acordo com a invenção pode ser usado como um trocador de calor tanto em sistemas de pequeno porte como de grande porte, aumentando a performance do sistema.

Nos sistemas de grande porte da técnica anterior, conforme mostrado na figura 1, o dispositivo de expansão (válvula de expansão 5) não possibilita, construtivamente, a sua utilização como um trocador de calor na linha de sucção (linha 9).

Desta forma, o dispositivo de expansão de acordo com a invenção possibilita uma performance próxima do ponto ótimo perante diferentes condições de temperatura ambiente e de carga térmica, tanto em sistemas de pequeno porte como em sistemas de grande porte.

Além da concretização apresentada anteriormente, o mesmo conceito inventivo poderá ser aplicado a outras alternativas ou possibilidades de utilização do invento.

Assim sendo, será compreendido que a presente invenção deverá ser interpretada de maneira ampla, sendo sua abrangência determinada pelos termos das reivindicações anexas.

Claims (5)

1. Dispositivo de expansão (10) de um sistema de refrigeração, adaptado para a regulagem da vazão mássica do fluido refrigerante, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um tubo (11) com uma entrada (12) e uma saída (13) de fluido refrigerante, o dito tubo (11) apresentando um fuso (14) no seu interior, sendo que o dito fuso (14) é deslocável longitudinalmente dentro do tubo (11).

2. Dispositivo de expansão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície interna do tubo (11) é lisa.

3. Dispositivo de expansão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície interna do tubo (11) apresenta uma rosca com o mesmo passo da rosca do fuso (14).

4. Dispositivo de expansão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de expansão (10) está disposto no interior de um segundo tubo (16), na linha de sucção (17) do compressor (18), configurando um trocador de calor.

5. _DisDositivo„de^expansão de acordo_com_qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o deslocamento longitudinal do fuso (14) no interior do tubo (11) é efetuado por um motor elétrico comandável por meio de sinais emitidos por sensores, ou também por meios mecânicos e pneumáticos.