BRPI1103314A2

BRPI1103314A2 - compressor linear

Info

Publication number: BRPI1103314A2
Application number: BRPI1103314-2A
Authority: BR
Inventors: Alisson Luiz Roman; Otavio Santini Jr
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-08-06
Also published as: EP2734731A1; US20140234137A1; KR20140058561A; TW201314041A; WO2013010237A1; JP2014521007A; CN103765010A; AR087289A1

Abstract

COMPRESSOR LINEAR. A presente invenção se refere a um compressor linear baseado em mecanismo oscilatório ressonante, o qual compreende um arranjo oscilatório fundamentalmente integrado por pelo menos um motor linear (2) definido por uma porção móvel (22) e uma porção fixa (21), pelo menos uma mola ressonante (3), pelo menos um pistão (4) e pelo menos um corpo de balanceamento (5), sendo que a porção móvel (22) do motor linear (2) é cooperativamente associada ao pistão (4), definindo um conjunto motor-pistão. O conjunto motor-pistão é funcionalmente associado à extremidade (31) da mola ressonante (3) e pelo menos um corpo de balanceamento (5) é funcionafrnente associado à extremidade (32) da mola ressonante (3). Esta construção permite a atenuação da vibração que o mecanismo oscilatório ressonante impõe à carcaça do compressor através do cancelamento das forças geradas pelo motor e as forças geradas pela compressão do gás no cilindro.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPRESSOR LINEAR".

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a um compressor linear baseado em mecanismo oscilatório ressonante, em especial, baseado em um sistema massa-mola ressonante, para a manutenção do movimento oscilatório de seus componentes. O compressor linear em questão prevê um arranjo oscilatório ressonante responsável pela atenuação da vibração imposta à sua carcaça externa.

Fundamentos da Invenção

De maneira resumida, compressores lineares consistem em um pistão, responsável pela admissão e compressão do fluído de trabalho, acoplado a um motor linear. O dito motor linear é o responsável em impor o movimento oscilatório linear ao pistão, sendo este o responsável pela compressão do fluído. Compressores que fazem uso de um motor linear em seu acionamento apresentam a vantagem de ocupar um volume substancialmente pequeno se comparados aos compressores acionados por um motor rotativo convencional.

O uso de um compressor compacto é tido como preferencial e, como o volume ocupado por um compressor que é acionado por um motor linear é significativamente menor que o volume ocupado por um compressor acionado por um motor rotativo, diversas soluções surgiram a fim de buscar aumentar o rendimento dos compressores acionados por motores lineares, os chamados compressores lineares.

Com base na resolução deste inconveniente, passaram a surgir compressores lineares dotados de meios focados na minimização da força que o motor linear necessita realizar em cada ciclo. Uma dessas soluções reside no uso de um princípio físico para conservar a energia do sistema, utilizando o movimento alternante do motor linear e ampliando-o de tal maneira que o esforço realizado pelo motor linear seja auxiliado pela própria inércia do sistema. O fenômeno utilizado é a ressonância.

A ressonância é a tendência (ou facilidade) que um corpo tem de oscilar com grandes amplitudes em determinadas freqüências, chamadas de freqüência natural, ou freqüência de ressonância. Uma vez imposta uma força em uma freqüência próxima à freqüência natural de

um corpo, ocorre o acúmulo gradual de energia mecânica, resultando no aumento da amplitude de oscilação do sistema.

Deste modo, passaram a surgir soluções que compreendem um motor linear sendo montado sob suportes compreendendo molas, as quais têm a função de acumular a energia entregue pelo motor. Além do acúmulo de energia, essas molas têm a função de transmitir o movimento do motor para o pistão. Tais molas são comumente chamadas de molas ressonantes. O uso das molas ressonantes auxilia no funcionamento do motor linear e reduz o esforço necessário para mover o conjunto, resultando em um menor consumo de eletricidade do motor linear que aciona o sistema, devido ao fato de que grande parte da energia necessária para mover o pistão já está armazenada na mola ressonante.

Um primeiro exemplo de compressor linear dotado de molas ressonantes é

descrito no documento US 2006/005700, o qual descreve um compressor linear dotado de um conjunto de molas ressonantes, associado ao pistão, sendo este, por sua vez, associado ao núcleo móvel de um motor linear. O dito conjunto de molas ressonantes consiste em dois pares de molas, cada par disposto em uma face de uma placa associada ao pistão. Desse modo, ao realizar o movimento linear do pistão em uma direção, o par de molas disposto na respectiva face da placa atua sobre o conjunto e movimenta-o na direção oposta quando as mesmas atingem um determinado nível de abertura, reduzindo o esforço que o motor necessita para operar de modo alternante. Tal concretização apresenta, no entanto, o inconveniente de utilizar uma elevada quantidade de molas, o que dificulta a montagem do conjunto. Ademais, tal concretização impossibilita a minimização do conjunto compressor, tornando inviável a sua aplicação em equipamentos de pequeno porte.

Um segundo exemplo de compressor linear dotado de molas ressonantes é descrito no documento Pl 0601645-6, o qual revela um compressor minimizado, compreendendo uma única mola ressonante associando um motor linear e um pistão, conferindo-lhe um movimento alternativo recíproco ao movimento realizado pelo motor linear. Tal concretização, apesar de possibilitar um arranjo mais compacto do compressor linear, apresenta o inconveniente de não prever a existência de eventuais desvios na posição entre o pistão e o motor linear, uma vez que cada um desses componentes é disposto em uma das extremidades da mola ressonante. Ademais, tal arranjo construtivo, por utilizar uma única mola disposta ao longo de todo o comprimento do compressor, sem qualquer elemento de guia, resulta em esforços indesejados no pistão e no motor, que podem impossibilitar seu correto funcionamento.

Um terceiro exemplo de compressores lineares dotados de molas ressonantes é ilustrado, de modo esquemático, na figura 1 com um compressor linear ressonante CL, de acordo com o estado da técnica, compreendendo um pistão P montado no interior de um cilindro CM e associado a uma primeira extremidade de uma mola ressonante MR, a qual possui sua segunda extremidade associada a uma porção móvel (imã móvel) PM de um motor linear. A mola ressonante MR possui uma porção neutra PN associada à carcaça C do compressor por um meio de fixação MF. Nota-se, portanto, que o compressor linear CL do estado da técnica emprega o pistão P sendo montado em uma primeira extremidade PE da carcaça C, e o motor montado em uma segunda extremidade SE da carcaça C, ou seja, cada componente em uma das extremidades do compressor. Estes componentes são intermediados pela mola ressonante MR, entretanto, essa disposição de motor e pistão não é favorável à vibração resultante na carcaça do compressor, pois as forças geradas pelo motor e as forças geradas pela compressão do gás no cilindro estão em fase, isto é, no mesmo sentido, e portanto se somam, resultando em uma força maior na carcaça.

Desse modo, nota-se que o atual estado da técnica carece de um compressor ressonante que compreenda um arranjo construtivo simplificado, que possa ser minimizado e, ainda, dotado de meios para reduzir a vibração da carcaça.

Objetivos da Invenção

É um dos objetivos da presente invenção, prover um compressor linear baseado

em mecanismo oscilatório ressonante capaz de atenuar a vibração que o citado mecanismo oscilatório ressonante impõe à sua carcaça. Neste sentido, é então outro objetivo da presente invenção apresentar um compressor linear cujo arranjo oscilatório ressonante é capaz de promover o cancelamento (mesmo que parcial) das forças geradas

pelo motor e das forças geradas pela compressão do gás no cilindro.

É outro objetivo da presente invenção, prover um compressor linear baseado em mecanismo oscilatório ressonante cujo arranjo oscilatório ressonante reduz a amplitude das forças resultantes (de movimento) impostas à sua carcaça.

Sumário da Invenção

Os objetivos da presente invenção são integralmente atingidos pelo compressor

linear ora revelado, o qual compreende um arranjo oscilatório fundamentalmente integrado por pelo menos um motor linear (definido por uma porção móvel e uma porção fixa), pelo menos uma mola ressonante e pelo menos um pistão. O arranjo oscilatório compreende ainda pelo menos um corpo de balanceamento.

De acordo com os conceitos da presente invenção, a porção móvel do motor linear

é cooperativamente associada ao pistão, definindo um conjunto motor-pistão.

Neste sentido, o conjunto motor-pistão é funcionalmente associado a uma das extremidades da mola ressonante, enquanto pelo menos um corpo de balanceamento é funcionalmente associado à extremidade oposta da mola ressonante.

Sendo assim, o mencionado corpo de balanceamento é passível de exercer um

movimento oscilatório, o qual pode ser sincronizado ao movimento oscilatório ressonante do conjunto motor-pistão, ou ainda, sincronamente oposto ao movimento oscilatório ressonante do conjunto motor-pistão.

Breve Descrição das Figuras

A presente invenção será pormenorizadamente descrita com base nas figuras

abaixo relacionadas.

A figura 1 ilustra uma vista esquemática da montagem do compressor linear ressonante, pertencente ao atual estado da técnica.

A figura 2 ilustra uma vista esquemática da montagem do compressor linear ressonante, objeto da presente invenção.

Descrição Detalhada das Figuras De acordo com o conceito principal da presente invenção, é revelado um

compressor linear baseado em mecanismo oscilatório ressonante (acionado por um motor linear e que faz uso de uma mola ressonante para auxiliar seu funcionamento, através do acúmulo de energia resultando no aumento da amplitude de oscilação), onde o arranjo ressonante propriamente dito é capaz de minimizar as forças desbalanceadas provenientes da compressão do gás no cilindro e do funcionamento oscilatório do motor. Com isto, a vibração que o arranjo ressonante impõe à carcaça do compressor linear é atenuada.

Afigura 2 ilustra uma vista esquemática (e em corte) da construção preferencial do compressor linear 1, o qual foi planejado de acordo com os conceitos e objetivos da presente invenção.

Desta forma, a construção preferencial do compressor linear 1 compreendendo um

arranjo oscilatório fundamentalmente integrado por um motor linear 2, por uma mola ressonante 3, por um pistão 4, e por um corpo de balanceamento 5. Notadamente, o compressor linear 1 compreende também um cilindro 6 e demais elementos convencionalmente existentes em compressores (como por exemplo, um conjunto cabeçote 7 e conexões 8 para sucção e descarga do fluido de trabalho). Preferencialmente, o compressor linear 1 é integrado ainda por uma carcaça 9, a qual tem por função alojar todos os componentes que integram o mencionado compressor linear 1.

O motor linear 2 compreende, em linhas gerais, uma porção fixa 21 (estator ou ferro de retorno) e uma porção móvel 22 (cursor/magneto). O motor linear 2 trata-se, portanto, de um motor linear convencional.

De acordo com a presente invenção, a porção fixa 21 do motor linear 2 encontra- se fixa à carcaça 9 do compressor linear 1, ou a qualquer elemento intermediário (não ilustrado) também fixo à carcaça 9 do compressor linear 1. Já a porção móvel 22 do motor linear 2 é cooperativamente associada ao pistão 4, definindo um conjunto motor-pistão. A mola ressonante 3 compreende um corpo fisicamente resiliente, isto é, hábil de

sofrer "deformação" física quando submetido a uma força externa e hábil de retornar à sua "forma" inicial quando livre de força externa.

Preferencialmente, a mola ressonate 3 trata-se de um corpo metálico substancialmente helicoidal tubular, definindo duas extremidades distais 31 e 32. A mola ressonante 3 compreende ainda um ponto neutro 33 (onde as vibrações e deformações são muito menores que as extremidades 31 e 32) disposto no meio de seu comprimento total. O citado ponto neutro 33 permite que a mola ressoante 3 possa ser fixada à carcaça 9 do compressor linear 1, ou a qualquer elemento intermediário (não ilustrado) também fixo à carcaça 9 do compressor linear 1.

O pistão 4 trata-se de um pistão convencionalmente utilizado em compressores lineares, isto é, compreende um pistão definido por um corpo fundamentalmente cilíndrico com uma extremidade aberta e uma extremidade (extremidade de trabalho) fechada.

O corpo de balanceamento 5, como a própria nomenclatura já induz, trata-se de um corpo provido de massa específica. Preferencialmente, o corpo de balanceamento 5 possui massa similar à massa do conjunto motor-pistão.

O cilindro 6, o cabeçote 7 e as conexões 8 para sucção e descarga do fluido de trabalho compreendem componentes convencionais já pertencentes ao atual estado da técnica, portanto, já de conhecimento dos especialistas versados no assunto.

A carcaça 9, a qual prevê meios de fixação 91 para o ponto neutro 33 da mola ressonate 3 (ou para qualquer elemento intermediário disposto entre a citada mola ressoante 3 e a carcaça 9), também compreende uma carcaça convencional já pertencente ao atual estado da técnica.

De acordo com os conceitos principais da presente invenção, o arranjo oscilatório é especialmente destacado dos demais arranjos oscilatórios congêneres e pertencentes ao atual estado da técnica pelo fato de que o conjunto motor-pistão (definido pela associação cooperante entre a porção móvel 22 do motor linear 2 e o pistão 4) é funcionalmente associado à extremidade 31 da mola ressonante 3, enquanto o corpo de balanceamento 5 é funcionalmente associado à extremidade 32 da mola ressonante 3.

Neste sentido, o movimento da porção móvel 22 do motor linear 2 é integral e diretamente transmitido ao pistão, movimentando assim o conjunto motor-pistão e, conseqüentemente, a extremidade 31 da mola ressonante 3. Este movimento é transmitido à extremidade 32 da mola ressonante 3 e, conseqüentemente, ao corpo de balanceamento 5.

Desta forma, cada componente do arranjo oscilatório aqui descrito tem sua função particular, a saber:

O conjunto motor-pistão (definido pela associação cooperante entre a porção móvel 22 do motor linear 2 e o pistão 4) tem a função de impor movimento à mola ressonante 3 e a função de comprimir, efetivamente, o fluido de trabalho.

A mola ressonante 3 tem a função amplificar o movimento oscilatório, através do acúmulo de energia mecânica.

O corpo de balanceamento 5 tem por função balancear o sistema, fazendo com que as forças geradas pelo conjunto motor-pistão (no momento da compressão do fluido de trabalho) sejam anuladas (através das forças geradas pela movimentação do próprio corpo de balanceamento). Desta forma, o objetivo principal da presente invenção (atenuar a vibração que o mecanismo oscilatório ressonante impõe à carcaça do compressor através do cancelamento (mesmo que parcial) das forças geradas pelo motor e das forças geradas pela compressão do gás no cilindro) é alcançado com êxito.

Vale ainda citar que, assim como o conjunto motor-pistão, o corpo de

balanceamento 5 realiza um movimento axial, linear e oscilatório no interior da carcaça 9 do compressor linear 1. Este movimento pode ser sincronizado ou sincronamente oposto ao movimento oscilatório ressonante do mencionado conjunto motor-pistão.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferencial da presente

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invenção, deve ser entendido que o escopo da mesma abrange outras possíveis variações físicas, as quais são limitadas tão somente pelo teor das reivindicações, aí incluídos os possíveis meios equivalentes.

Claims

1. Compressor linear, compreendendo um arranjo oscilatório fundamentalmente integrado por pelo menos um motor linear (2) definido por uma porção móvel (22) e uma porção fixa (21), pelo menos uma mola ressonante (3) e pelo menos um pistão (4); o compressor sendo especialmente CARACTERIZADO pelo fato de: o arranjo oscilatório compreende pelo menos um corpo de balanceamento (5); a porção móvel (22) do motor linear (2) é cooperativamente associada ao pistão (4), definindo um conjunto motor-pistão; o conjunto motor-pistão é funcionalmente associado à extremidade (31) da mola ressonante (3); e pelo menos um corpo de balanceamento (5) é funcionalmente associado à extremidade (32) da mola ressonante (3).

2. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo de balanceamento (5) é passível de exercer um movimento oscilatório.

3. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo de balanceamento (5) é passível de realizar um movimento oscilatório ressonante sincronizado ao movimento oscilatório ressonante do conjunto motor-pistão.

4.

Compressor linear, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo de balanceamento (5) é passível de realizar um movimento oscilatório ressonante sincronamente oposto ao movimento oscilatório ressonante do conjunto motor- pistão.