ES2274723B1 - Sistema de aspiracion y compresion de gas, en especial para compresores de gas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de aspiración y compresión de gas, en especial para compresores de gas. Comprende un pistón (2) de diámetro considerablemente pequeño asociado a un cilindro (3) de una cámara de compresión (4). Se caracteriza por el hecho de que comprende una lumbrera de admisión (6) de gas dispuesta en una zona lateral del cilindro (3) cerca del punto muerto inferior del pistón (2), una válvula (7) de optimización del P-V dispuesta en el interior del pistón (2), y al menos un taladro (8) practicado en el pistón (2) en dirección radial que comunica dicha lumbrera de admisión (6) con la válvula (7) de optimización del P-V, de modo que al menos un taladro (8) es susceptible de desplazarse a lo largo de la lumbrera de admisión (6) permitiendo la entrada del gas hacia la cámara de compresión (4) durante la carrera de admisión del pistón (2) y el cierre del gas durante la carrera de compresión del pistón (2). Se consigue un aumento del rendimiento energético del compresor y se elimina la válvula de admisión en la cabeza del pistón.
Description
Sistema de aspiración y compresión de gas, en
especial para compresores de gas.
La presente invención se refiere a un sistema de
aspiración y compresión de gas, en especial para compresores de
gas.
Es sabido que los nuevos retos de respeto al
medio ambiente y, en particular, las exigencias del Protocolo de
Kyoto respecto al cambio climático forzando una notable disminución
en la emisión de gases de efecto invernadero por parte de los
países industrializados, enfrentan a la industria de la
refrigeración con la necesidad de encontrar alternativas a los
refrigerantes actuales de tipo HFC
(hidrofluor-carburos) que tienen un alto valor del
GWP (potencial de calentamiento global).
En este contexto, el CO_{2} se presenta como
un compuesto con muy buenas posibilidades de ser aceptado como
refrigerante en los ciclos de refrigeración por compresión de
vapor. Entre las características importantes del CO_{2} se
encuentran sus altas presiones de trabajo, sus elevadas
temperaturas de descarga y su elevada capacidad volumétrica. Estas
características hacen que en sistemas de baja presión de aspiración
enfriados por aire ambiental se haga prácticamente necesario
trabajar con dos etapas de compresión con enfriamiento
intermedio.
En el caso de la compresión en dos etapas, la
elevada capacidad volumétrica del CO_{2} conduce, para las
potencias pequeñas de la refrigeración comercial, es decir no
doméstica, a cilindradas muy bajas en la segunda etapa que dan
lugar a dificultades constructivas en los compresores
alternativos.
El mecanismo de los compresores alternativos de
pistón acostumbra a ser del tipo biela-manivela.
Este mecanismo requiere de una articulación (bulón) en la zona
central del pistón por la cual la biela transmite a éste la energía
necesaria para vencer las fuerzas de presión en la cabeza del
pistón. Esta articulación no permite construir un cilindro con
diámetros menores de ciertos valores lo que lleva a carreras
irrisorias para muy pequeñas cilindradas. Una relación
carrera/diámetro pequeña conlleva, además, un rendimiento
volumétrico altamente variable con las presiones de trabajo.
Posibles soluciones a este problema basadas en
el mecanismo de biela-manivela (pistón de doble
diámetro) conducen a bielas cortas y esfuerzos laterales
importantes. Se hace necesario, pues, buscar alternativas que
permitan la construcción de pequeñas cilindradas con relaciones
carrera/diámetro adecua-
das.
das.
Un mecanismo de yugo escocés, formado por
pistón, guía, corredera y cigüeñal, elimina la articulación en el
pistón permitiendo fabricarlo con el diámetro deseado por pequeño
que sea.
Sin embargo, en la práctica se ha comprobado que
en el caso de pequeños diámetros, existe el inconveniente de que
no se dispone de espacio suficiente para colocar todas las válvulas
(aspiración y descarga) en la cabeza del pistón.
El objetivo del sistema de aspiración y
compresión de gas, en especial para compresores de gas de la
presente invención es solventar los inconvenientes que presentan
los sistemas conocidos en la técnica, proporcionando una serie de
ventajas que se describirán a continuación.
El sistema de aspiración y compresión de gas, en
especial para compresores de gas de la presente invención es del
tipo que comprende un pistón de diámetro considerablemente pequeño
asociado a un cilindro de una cámara de compresión, y se
caracteriza por el hecho de que comprende una lumbrera de admisión
de gas dispuesta en una zona lateral del cilindro cerca del punto
muerto inferior del pistón, una válvula de optimización del
P-V dispuesta en el interior del pistón, y al menos
un taladro practicado en el pistón en dirección radial que comunica
dicha lumbrera de admisión con la válvula de optimización del
P-V, de modo que el al menos un taladro es
susceptible de desplazarse a lo largo de la lumbrera de admisión
permitiendo la entrada del gas hacia la cámara de compresión
durante la carrera de admisión del pistón y el cierre del gas
durante la carrera de compresión del
pistón.
pistón.
La disposición de dicha lumbrera de admisión
permite resolver eficazmente el diseño de la alimentación en
compresores con cilindros de muy pequeño diámetro, ya que elimina
la utilización de una válvula de admisión en la cabeza del
pistón.
Por otra parte, la disposición de la válvula de
optimización del P-V
(Presión-Volumen) aumenta significativamente el
rendimiento energético del sistema al romper el vacío producido en
el retroceso del
pistón.
pistón.
Ventajosamente, el al menos un taladro está
dispuesto en un plano distinto al que contiene los esfuerzos
correspondientes al par de reacción en la cabeza del pistón y en la
parte posterior del cilindro. De este modo, es posible evitar una
reducción de la superficie de guiado del pistón.
Preferentemente, la válvula de optimización del
P-V está dispuesta sensiblemente centrada en
dirección axial dentro del pistón. Al existir exclusivamente la
válvula de compresión, es decir la citada válvula de optimización
del P-V, es posible colocar ésta en una posición
correspondiente al centro geométrico de la sección transversal del
pistón.
Según una realización de la presente invención,
la válvula de optimización del P-V incluye en su
parte frontal un tetón susceptible de ocupar, en el punto muerto
superior del pistón, parte del volumen de una correspondiente
lumbrera de descarga. De este modo, dicho tetón permite reducir el
volumen de la cámara muerta del compresor, evitando así una posible
disminución del rendimiento volumétrico en especial durante bajas
presiones de aspiración.
Preferentemente, el diámetro del pistón es menor
que 11 mm. Tal como se ha comentado, el sistema de aspiración y
compresión de gas de la invención se aplica especialmente en
pistones de diámetro considerablemente pequeño.
De acuerdo con otro aspecto, la invención
también se refiere a un compresor de gas que comprende un sistema
de aspiración y compresión de gas del tipo definido
anteriormente.
Preferentemente, el gas utilizado es CO_{2}.
Tal como se ha comentado anteriormente, el CO_{2} proporciona
altas presiones de trabajo, elevadas temperaturas de descarga y una
elevada capacidad volumétrica. Asimismo, cumple con las exigencias
del Protocolo de Kyoto al contribuir en la disminución del efecto
invernadero.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto
se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representa un caso práctico de realización del sistema de
aspiración y compresión de gas, en especial para compresores de gas
de la invención, en los cuales:
la figura 1 es una vista esquematizada del
sistema de aspiración y compresión de gas según la invención;
la figura 2 es una vista en sección transversal
del pistón mostrando la posición de los taladros de admisión de
gas; y
la figura 3 es una vista en sección
esquematizada de un compresor de refrigeración monoetapa que
incorpora el sistema de aspiración y compresión de gas de la
invención.
Tal como se puede apreciar en la figura 1, el
sistema 1 de aspiración y compresión de gas de la invención
comprende un pistón 2 de diámetro considerablemente pequeño,
preferentemente menor que 11 mm, asociado a un cilindro 3 de una
cámara de compresión 4, estando dicho pistón 2 acoplado en este
caso a un mecanismo de yugo escocés 5. El sistema 1 de la invención
también comprende una lumbrera de admisión 6 de gas dispuesta en
una zona lateral del cilindro 3 cerca del punto muerto inferior del
pistón 2, una válvula 7 de optimización del P-V
(Presión-Volumen) dispuesta centrada en el interior
del pistón 2, y dos taladros 8 practicados en el pistón 2 en
dirección radial que comunica dicha lumbrera de admisión 6 con la
válvula 7 de optimización del P-V. De esta manera,
los taladros 8 del pistón 2 son susceptibles de desplazarse a lo
largo de la lumbrera de admisión 6 permitiendo la entrada del gas
hacia la cámara de compresión 4 durante la carrera de admisión del
pistón 2 y el cierre del gas durante la carrera de compresión del
pistón 2. Gracias a esta configuración, ya no es necesario utilizar
una válvula de admisión.
En la figura 2 puede apreciarse que los taladros
8 de admisión de gas están dispuestos en un plano distinto de los
planos vertical y horizontal, con el fin de evitar que sufran los
esfuerzos correspondientes al par de reacción en la cabeza del
pistón 2 y en la parte posterior del cilindro 3.
La figura 3 muestra la disposición interna de un
compresor 9 de refrigeración monoetapa, que tiene incorporado el
sistema 1 de aspiración y compresión de gas de la invención. El gas
entra a través del puerto de aspiración 10 siendo conducido hasta
la lumbrera de admisión 6. Al iniciar el pistón 2 su carrera de
admisión o retroceso, el gas a baja presión penetra en el
alojamiento de la válvula 7 de optimización del P-V
a través de los taladros 8. La diferencia de presiones entre el
vacío producido por el retroceso del pistón 2 y la del gas en la
lumbrera de admisión 6 abre la válvula 7 y rompe el vacío del
cilindro 3. Cuando la cabeza del pistón 2 alcanza el extremo 11 de
la lumbrera se produce una brusca penetración de gas en el cilindro
3 que termina de llenarse, hasta la presión existente en la
lumbrera de admisión 6, durante el resto de la carrera del pistón
2.
La válvula 7 de optimización del
P-V incluye en su parte frontal un tetón 12
susceptible de ocupar, en el punto muerto superior del pistón 2,
parte del volumen de una lumbrera de descarga.
En la carrera de compresión, cuando se alcanza
el punto 11, la presión en el cilindro 3 aumenta rápidamente y
cierra la válvula 7 de optimización del P-V. La
presión que se consigue abre una válvula de descarga 13 y el gas
comprimido llega al puerto de descarga 14.
Claims (7)
1. Sistema (1) de aspiración y compresión de
gas, en especial para compresores (9) de gas, del tipo que
comprende un pistón (2) de diámetro considerablemente pequeño
asociado a un cilindro (3) de una cámara de compresión (4),
caracterizado por el hecho de que comprende una lumbrera de
admisión (6) de gas dispuesta en una zona lateral del cilindro (3)
cerca del punto muerto inferior del pistón (2), una válvula (7) de
optimización del P-V dispuesta en el interior del
pistón (2), y al menos un taladro (8) practicado en el pistón (2)
en dirección radial que comunica dicha lumbrera de admisión (6)
con la válvula (7) de optimización del P-V, de modo
que el al menos un taladro (8) es susceptible de desplazarse a lo
largo de la lumbrera de admisión (6) permitiendo la entrada del gas
hacia la cámara de compresión (4) durante la carrera de admisión
del pistón (2) y el cierre del gas durante la carrera de compresión
del pistón (2).
2. Sistema (1), según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el al menos un taladro (8)
está dispuesto en un plano distinto al que contiene los esfuerzos
correspondientes al par de reacción en la cabeza del pistón (2) y
en la parte posterior del cilindro (3).
3. Sistema (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la válvula (7) de optimización del P-V está
dispuesta sensiblemente centrada en dirección axial dentro del
pistón (2).
4. Sistema (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la válvula (7) de optimización del P-V incluye
en su parte frontal un tetón (12) susceptible de ocupar, en el
punto muerto superior del pistón (2), parte del volumen de una
correspondiente lumbrera de descarga.
5. Sistema (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el diámetro del pistón (2) es menor que 11 mm.
6. Compresor (9) de gas, caracterizado
por el hecho de que comprende un sistema (1) de aspiración y
compresión de gas del tipo definido según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5.
7. Compresor (9) de gas, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el gas es CO_{2}.
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