BRPI1105379B1

BRPI1105379B1 - Sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor e método de modulação de capacidade de compressor dotado de sistema de válvula semi-comandada

Info

Publication number: BRPI1105379B1
Application number: BRPI1105379-8A
Authority: BR
Inventors: Dietmar Erich Bernhard Lilie; Eduardo Arceno; Rodrigo Kremer
Original assignee: Embraco Indústria De Compressores E Soluções Em Refrigeração Ltda
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2021-08-10
Also published as: SG11201403617QA; US10174747B2; EP2798214B1; CN104081050B; US20140377082A1; WO2013097006A8; EP2798214A1; KR20140107463A; BRPI1105379A2; CN104081050A; ES2751626T3; JP2015507120A; WO2013097006A1

Abstract

sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor e método de modulação de capacidade de compressor dotado de sistema de válvula semi-comandada. a presente invenção refere-se a um sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor alternativo, e ao método de modulação da capacidade de um compressor proporcionado pelo mencionado sistema de válvula semi-comandada. o sistema de válvula semi-comanda compreende pelo menos uma válvula (71, 81) mecânica pré-tensionada em um primeiro estado operacional, a qual compreendendo pelo menos uma porção ferrosa, e pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82) seletivamente acionável, sendo que o estado operacional de pelo menos uma válvula (71, 81) é seletivamente comutado a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82).

Description

Campo da Invenção

[001]A presente invenção refere-se a um sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor alternativo, e ao método de modulação da capacidade de um compressor dotado do sistema de válvula semi-comandada.

[002]Em linhas gerais, a invenção em questão prevê meios de manipular a abertura ou o fechamento forçado de válvulas de sucção e/ou válvulas de descarga de compressores alternativos. Através da manipulação destas válvulas é possível ainda controlar a capacidade de um compressor alternativo de velocidade fixa.

Fundamentos da InvençãoSobre arranjos convencionais presentes em compressores alternativos

[001]Como é de conhecimento dos especialistas versados no assunto, compressores alternativos compreendem máquinas e/ou dispositivos capazes de alterar a pressão de um fluido de trabalho, bem como bombeá-lo. Neste sentido, e de forma mais específica, os compressores alternativos são capazes de alterar a pressão de um fluido de trabalho através da alteração controlada do volume de uma câmara de compressão, a qual é normalmente definida por uma câmara cilíndrica hábil de receber o fluido de trabalho e o pistão móvel. Sendo assim, o volume da câmara de compressão é alternativamente alterado (reduzido e aumentado) em função do deslocamento, em seu interior, do pistão móvel.

[002]É também do conhecimento dos especialistas versados no assunto que as etapas de entrada (sucção) e remoção (exaustão) do fluido de trabalho no interior da câmara de compressão consistem em etapas críticas para o correto funcionamento de um compressor alternativo. Além disto, tais etapas impactam diretamente nos parâmetros de performance do compressor, e em razão disto, o atual estado da técnica compreende uma vasta gama de sistemas de válvulas destinadas ao controle da sucção e da descarga do fluido de trabalho no interior da câmara de compressão.

[003]De acordo com o funcionamento convencional de um sistema de válvulas pertencente ao atual estado da técnica, observa-se as convencionais válvulas de sucção possuem uma configuração normal-fechada, e sua “abertura” automática e não comandada se dá única e exclusivamente quando o pistão está no ponto morto superior e desce em direção ao ponto morto inferior, ou seja, as atuais válvulas de sucção só se mantêm “abertas” quando a pressão dentro do cilindro cai até o momento em que se torna menor à pressão existente na câmara de sucção.

[004]Esta operacionalidade das atuais válvulas de sucção, embora funcional, é passível de melhorias, afinal, nota-se que é necessário gerar uma diferença de pressão favorável para que as mesmas “abram”, e isto demanda, além de maior força de partida para o motor elétrico que movimenta o pistão, maior perda de energia, necessária para o bombeamento do fluido. As soluções convencionais preveem o super-dimensionamento deste motor (para que o mesmo seja capaz de “partir” o compressor), ou ainda, a utilização de complexos e onerosos sistemas específicos de partida.

[005]Já as convencionais válvulas de descarga também possuem uma configuração normal-fechada, e sua “abertura” automática e não comandada se dá única e exclusivamente quando o pistão parte do ponto morto inferior e vai em direção ao ponto morto superior, aumentando a pressão dentro do cilindro, isto é, quando a pressão dentro do cilindro está maior que a pressão na câmara de descarga.

[006]Esta operacionalidade das atuais válvulas de descarga, também embora funcional, impede qualquer tipo de modulação de capacidade do compressor em conjunto com a manutenção da velocidade do motor.Sobre as atuais alternativas de modulação de capacidade de compressores

[007]Segundo os entendimentos já difundidos pelo atual estado da técnica, sabe-se apenas os compressores de velocidade variável possuem a capacidade de alterar a velocidade de operação e assim, modular sua capacidade. Enquanto que os compressores chamados "ON-OFF” não possuem esta vantagem.

[008]No caso dos citados compressores de velocidade variável, os quais são baseados em motores elétricos de corrente contínua (VCC), nota-se que à medida que o compressor reduz a velocidade de operação, menor é a massa de gás deslocada para dentro de um sistema qualquer (como, por exemplo, sistemas de refrigeração), e com isto, é possível obter ganhos elevados de aumento de eficiência em sistemas que demandam massas de gás variáveis.

[009]Os atuais compressores de velocidade variável utilizam uma eletrônica complexa em associação com um motor de imãs permanentes, e geralmente esta associação de imãs e eletrônica possui um alto custo. Outra limitação destes compressores diz respeito à velocidade mínima com que este pode operar, afinal, este valor mínimo de rotação também está ligado diretamente na confiabilidade do compressor.

[010]Ainda como alternativa paliativa para modulação de capacidade de compressores, o atual estado da técnica prevê certas soluções onde os orifícios de sucção e/ou descarga de uma placa de válvulas podem ter seu diâmetro relativamente alterado (parcialmente obstruído) durante sua respectiva etapa funcional.

[011]Os documentos US 3,844,686 e US 2010/004387 exemplificam, por exemplo, mecanismos eletromagnéticos capazes de promover, direta ou indiretamente, a redução/aumento do diâmetro de sucção e/ou descarga, entretanto, tais mecanismos tem operacionalidade relevante apenas quando as válvulas de sucção ou descarga se encontram operacionalmente “abertas”.

[012]Com base em todo o contexto acima explanado, resta evidente observar que o atual estado da técnica relacionado a sistemas de válvula de compressores alternativos é fundamentalmente baseado em princípios operacionais equivalentes, não flexíveis e não personalizáveis.

[013]Além disto, nota-se ainda que o atual estado da técnica relacionado aos meios de modulação de capacidade de compressores alternativos encontra-se limitado a soluções não inteiramente aplicáveis, ou ainda, a soluções onerosas e não aplicáveis em utilizações mais mundanas.

[014]É com base neste cenário que surge a presente patente de invenção.

Objetivos da Invenção

[015]Desta forma, é um dos objetivos da presente invenção apresentar um sistema de válvula para compressor alternativo capaz de ser semi-comandado a qualquer momento do ciclo operacional de compressão. Com isto, é então outro objetivo da presente invenção que o sistema de válvula ora revelado possibilite a manipulação seletiva da válvula de sucção e/ou da válvula de exaustão.

[016]É outro objetivo da presente invenção revelar um novo método de modulação da capacidade de um compressor através da comutação seletiva da válvula de sucção e/ou da válvula de exaustão. Neste sentido, é um os objetivos da invenção propor um método de modulação da capacidade através do refluxo do fluido de trabalho.

[017]Ainda assim, é um dos objetivos da presente invenção que o método de modulação da capacidade auxilie ainda na partida do motor do compressor.

[018]Por último, é também um objetivo da presente invenção revelar uma solução menos onerosa e mais funcional do que as soluções de fins análogos pertencentes ao atual estado da técnica.Sumário da Invenção

[019]Estes e outros objetivos são totalmente alcançados por meio do sistema de válvula semi-comanda aplicado em compressor do tipo alternativo (do tipo composto por pelo menos um cilindro, pelo menos um pistão, pelo menos uma câmara de compressão e pelo menos uma válvula atuando em seu respectivo orifício). O sistema em si é integrado por pelo menos uma válvula (esta compreendendo uma válvula mecânica pré-tensionada em um primeiro estado operacional, e compreendendo pelo menos uma porção ferrosa) e pelo menos um elemento gerador de campo magnético seletivamente acionável. De acordo com a presente invenção, tem-se que o estado operacional de pelo menos uma válvula é seletivamente comutado a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético.

[020]Preferencialmente, o estado operacional de pelo menos uma válvula é seletivamente comutado entre um primeiro estado operacional e um segundo estado operacional através de pelo menos um pulso magnético do elemento gerador de campo magnético. Neste sentido, e de forma preferencial, arbitra-se que o primeiro estado operacional da válvula compreende o estado “aberto”, e o segundo estado operacional da válvula compreende o estado “fechado”.

[021]Vale também mencionar que, de acordo com a presente invenção, a válvula pode compreender uma válvula de sucção, ou ainda, uma válvula de descarga. Já o elemento gerador de campo magnético compreende uma bobina elétrica ou similar. Ainda preferencialmente, pelo menos uma válvula e seu respectivo elemento gerador de campo magnético encontram-se dispostos em pelo menos uma placa de válvulas, e no caso de mais de uma válvula semi-comandada de acordo com os conceitos até então revelados, pode ser previsto pelo menos uma isolação magnética entre as válvulas.

[022]Os objetivos acima mencionados são também alcançados em função do método de modulação de capacidade de compressor dotado de sistema de válvula semi-comanda, o qual prevê o refluxo de sucção e/ou exaustão através da comutação não espontânea de pelo menos uma válvula.

[023]Neste sentido, pode-se atrasar o fechamento espontâneo de pelo menos uma válvula, ou ainda, retardar a abertura espontânea de pelo menos uma válvula.

[024]Preferencialmente, é atrasado o fechamento espontâneo da válvula de sucção e retardada a abertura espontânea da válvula de descarga.Descrição Resumida das Figuras

[025]A concretização conceitual do sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor alternativo ora revelado será pormenorizadamente detalhada com base nas figuras abaixo relacionadas.

[026]A figura 1 ilustra um modelo esquemático do mecanismo funcional de um compressor alternativo provido do sistema de válvula semi-comandada ora apresentado.Descrição Detalhada da Invenção

[027]De acordo com a presente invenção, e objetivando alcançar os objetivos acima definidos, é revelado um inédito sistema de válvula semi-comanda aplicado em compressor do tipo alternativo.

[028]Em linhas gerais, o sistema é compreendido por pelo menos uma válvula pré-tensionada em um primeiro estado operacional, e compreendendo pelo menos uma porção ferrosa, e por pelo menos um elemento gerador de campo magnético seletivamente acionável. Desta forma, o estado operacional de pelo menos uma válvula pode ser sendo seletivamente comutado a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético.

[029]De acordo com a concretização conceitual ilustrada na figura 1, nota-se que o sistema ora proposto utiliza dispositivos com bobinas elétricas 72, 82 e válvulas pré-tensionadas 71, 81 em estado normal aberto. Estas válvulas ficam abertas devido à pré-tensão e a bobina elétrica possui a função de criar um campo magnético favorecendo o fechamento da válvula.

[030]Segundo este conceito fundamental, estas características podem ser aplicadas a uma válvula de sucção 71 e/ou a uma válvula de descarga 81.

[031]As válvulas pré-tensionadas posicionam-se alinhadamente às suas respectivas bobinas elétricas 72, 82 de forma que estas tenham condições de, quando ativadas, produzir um campo magnético que faz atrair sua válvula pré- tensionada em direção à placa válvula 6, visando vedar os orifícios 7, 8 (respectivamente, orifício de sucção e orifício de descarga).

[032]Sendo assim, é possível modular a capacidade do compressor sem que haja necessidade de variar a velocidade de operação de seu motor elétrico (não ilustrado). Com isto, é possível controlar a quantidade de massa que passa pelos orifícios de sucção 7 e orifício de descarga 8, e assim, obter a capacidade funcional desejada para aumentar a eficiência de sistema de um sistema qualquer e, em especial, um sistema de refrigeração.

[033]Quando em funcionamento, o sistema ora revelado apresenta condições de fazer com que a válvula de sucção 71 e/ou a válvula de descarga 81 feche em qualquer momento do ciclo do pistão 2 (que apresenta deslocamento alternativo no interior do cilindro 1, aumentando e diminuindo o volume da câmara de compressão 3). Existe, inclusive, a opção de não fechar as válvulas. Assim, é possível obter alterações no tempo de fechamento das válvulas de forma proposital com o objetivo de gerar determinados refluxos nas câmaras de sucção 4 e/ou câmara de descarga 5, e como consequência disto, uma modulação de capacidade ocorrerá devido ao fato de ter alterado a quantidade de fluido de trabalho entregue para o sistema que utiliza o compressor alternativo (preferencialmente, um sistema de refrigeração).

[034]O sistema proposto na presente invenção possui a vantagem de abrir a válvula de sucção precocemente, pois a mesma está com pretensão de abertura. Esta vantagem representa uma redução na diferença de pressão para abrir a válvula de sucção e, consequentemente, menor energia gasta pelo compressor. Além disto, a válvula de sucção fechará quando a bobina elétrica for acionada ou quando a válvula com pré-tensão encontrar um gradiente de pressão favorável ao fechamento. Desta forma, torna-se possível alterar o fluxo de gás refrigerante que será entregue ao sistema de refrigeração pela modulação do refluxo na válvula de sucção.

[035]A mesma ideia pode ser aplicada à válvula de descarga, sendo que, quando o pistão parte do ponto morto inferior e vai em direção ao ponto morto superior, a pressão dentro do cilindro aumenta até o momento que se torna maior que a pressão na câmara de descarga e, neste momento, a válvula de descarga irá iniciar o movimento de abertura, o qual é facilitado pela pré-tensão da referida válvula. No momento em que o pistão descarrega o gás refrigerante para fora do cilindro e inicia o processo de retorno para o ponto morto inferior, a válvula com pré- tensão ficará aberta permitindo o retorno de gás da câmara de descarga para dentro do cilindro. Este refluxo na descarga irá cessar no momento em que a bobina elétrica for acionada, fechando a mencionada válvula de descarga. Este refluxo representa o gás que não foi entregue ao sistema e permitiu uma modulação de capacidade.

[036]Vale ainda mencionar que o acionamento das bobinas pode ser proveniente de uma eletrônica simples que fornece corrente elétrica suficiente para gerar um campo magnético e fechar as válvulas.

[037]Tendo sido descrito um exemplo de concretização da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da mesma abrange outras possíveis variações, as quais são limitadas tão somente pelo teor das reivindicações, aí incluídos os possíveis meios equivalentes.

Claims

1. Sistema de válvula semi-comandada aplicado em compressor do tipo alternativo, o compressor compreendendo pelo menos um cilindro (1), pelo menos um pistão (2), pelo menos uma câmara de compressão (3), e pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81) atuando em seu respectivo orifício (7, 8), o sistema compreendendo:pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81) em um primeiro estado operacional, e compreendendo pelo menos uma porção ferrosa;pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82) seletivamente acionável,o sistema caracterizado pelo fato de que o estado operacional da pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81) é seletivamente comutado entre um primeiro estado operacional e um segundo estado operacional a partir do acionamento de pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82), em que o primeiro estado operacional da válvula pré-tensionada (71, 81) compreende um estado “aberto”;o estado operacional da pelo menos uma válvula pré- tensionada (71, 81) é comutado entre um segundo estado operacional e um primeiro estado operacional automaticamente, em que o segundo estado operacional da válvula pré-tensionada (71, 81) compreende um estado “fechado”; ea pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81) se encontra disposta na pelo menos uma placa de válvula (6) e seu respectivo elemento gerador de campo magnético (72, 82) se encontra disposto entre pelo menos uma placa de válvula (6),em que o pelo menos um elemento gerador de campo magnético (72, 82) é disposto respectivamente dentro dos orifícios (7, 8) e no mesmo plano definido pela placa de válvula (6).

2. Sistema de válvula semi-comandada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estado operacional da pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81) é seletivamente comutado entre um primeiro estado operacional e um segundo estado operacional através de pelo menos um pulso magnético do elemento gerador de campo magnético (72, 82).

3. Sistema de válvula semi-comandada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula (71) compreende uma válvula de sucção.

4. Sistema de válvula semi-comandada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula (71) compreende uma válvula de descarga.

5. Sistema de válvula semi-comandada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento gerador de campo magnético (72, 82) compreende uma bobina elétrica.

6. Sistema de válvula semi-comandada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de prever pelo menos uma isolação magnética entre as válvulas (71) e (81).

7. Método de modulação da capacidade do compressor dotado do sistema de válvula semi-comandada, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender o refluxo de sucção e/ou exaustão através da comutação não espontânea de pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81).

8. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de atrasar o fechamento espontâneo da pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81).

9. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de atrasar o fechamento espontâneo da válvula de sucção (71).

10. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de retardar a abertura espontânea da pelo menos uma válvula pré-tensionada (71, 81).

11. Método de modulação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de retardar a abertura espontânea da válvula de descarga (81).