IT9045776A1 - Perfezionamento nei motocompressori frigoriferi con controllo elettronico - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: "PERFEZIONAMENTO NEI MOTOCOMPRESSORI FRIGORIFERI CON CONTROLLO ELETTRONICO."

La presente invenzione riguarda un compressore perfezionato con circuito di controllo elettronico, in particolare un compressore alternativo ed ermetico per apparecchi frigoriferi e congelatori domestici .

Attualmente questo tipo di compressore e' dotato di un motore elettrico ad induzione con regolazione di tipo on-off con regime di rotazione corrispondente alla frequenza elettrica di rete, cioè’ 50 Hz o 60 Hz.

La capacita' frigorifera, a parità' di fluido refrigerante uti lizzato, e' quindi determinata principalmente dal la cilindrata del compressore. Inoltre, il rendimento dei motori ad induzione, anche con l 'adozione di un condensatore di marcia, non supera un valore di 0,80.

Occorre poi ricordare che sono sempre piu diffusi gl i apparecchi frigoriferi con scomparto di conservazione e scomparto di congelazione, alimentati da un unico circuito refrigerante con un unico compressore. Per poter fare front alle punte di energia richieste quando si deve procedere alla congelazione del carico massimo di alimenti, questi apparecchi devono essere dotati di un compressore di maggiore potenza, adeguata alla massima richiesta di energia per il congelamento. Pertanto, quando l'apparecchio funziona normalmente per raffreddare il solo scomparto di conservazione, il compressore risulta sovradimensionato e consuma una notevole quantità' di energia, a causa dei ripetuti e frequenti cicli di azionamento del compressore. Come e' noto, la riduzione dei consumi, legata all’aumento dell'efficienza delle apparecchiature elettrodomestiche, e' un obiettivo primario per i costruttori, ai quali sono stati imposti in diversi Paesi precisi limiti di contenimento dei consumi.

Infine, un'ulteriore esigenza sentita per tutti gli apparecchi elettrodomestici e quella di ridurre per quanto possibile la rumorosità' di funzionamento.

Scopo della presente invenzione e' quello di provvedere un compressore per apparecchi frigoriferi e congelatori che elimini gli inconvenienti e superi le limitazioni dei compressori attuali. In particolare, il compressore perfezionato con circuito di controllo elettronico secondo l'Invenzione può' essere utilizzato con qualsiasi circuito frigorifero consentendo di migliorare il rendimento globale, di diminuire la rumorosità' e di ridurre sensibilmente i consumi .

Le caratteristiche innovative del compressore secondo la presente invenzione sono precisate nelle rivendicazioni di questo brevetto.

Scopo e vantaggi dell'Invenzione saranno spiegati nella seguente descrizione, avente titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, in cui: - la Figura 1 rappresenta lo schema di un circuito frigorifero dotato di motocompressore con circuito di controllo secondo l'Invenzione;

- le Figure da 2 a 5 rappresentano rispettivi diagrammi funzionali del motocompressore con circuito di controllo di Figura 1;

la Figura 6 rappresenta in sezione schematica parziale 11 cilindro d1 un motocompressore modificato per l'utilizzo secondo l'invenzione.

Il circuito frigorifero rappresentato schematicamente, a titolo di esempio, in Fig.l comprende un compressore 10, un condensatore 11, un collettore 12 del fluido frigorifero liquido, un filtro disidratatore 13, una valvola di espansione 14, e due evaporatori 15 e 16 in serie, per lo scomparto di congelazione e per quello di conservazione.

Secondo l'invenzione, il compressore 10 e' azionato da un motore 17 del tipo senza spazzole, controllato da un dispositivo di controllo d1 frequenza 18 di tipo generalmente noto .

Il dispositivo di controllo di frequenza 18 e' collegato ad un sensore di temperatura 19, preferibilmente un termistore, che rileva la temperatura dell'evaporatore 16 dello scomparto di conservazione. Inoltre, il dispositivo di controllo di frequenza 18 comprende un mieroelaboratore atto ad impostare, preferibilmente, due diverse frequenze operative: una frequenza piu bassa, corrispondente al massimo rendimento globale del compressore per il funzionamento dell'apparecchio frigorifero in condizioni normali, ed una frequenza piu' alta per il funzionamento dell'apparecchio frigorifero in condizioni di maggiore richiesta di capacita' frigorifera, particolarmente quando e1 richiesta la congelazione del massimo carico di alimenti.

L'invenzione concerne quindi la proposta di utilizzare, per un compressore di una data capacita' frigorifera, una cilindrata maggiore ed un motore di tipo senza spazzole impostato su una frequenza inferiore a quella di rete (normalmente 50 Hz o 60 Hz) in maniera tale da ottenere un aumento dell'efficienza globale del compressore (COP) ed una diminuzione delle emissioni acustiche.

Come e' noto, infatti, il rendimento volumetrico di un compressore migliora all 'aumentare della cilindrata, in quanto si riduce l'influenza relativa degli spazi morti o passivi. Questi spazi morti sono, tra l'altro, costituiti dai volumi dei fori di ammissione e di scarico nelle piastre valvolari .

Pure noto e' il fatto che il rendimento volumetrico di un compressore migliora al diminuire del numero di giri, in quanto esso dipende principalmente dagli spazi morti al punto morto superiore, dal riscaldamento del gas in aspirazione, dalle perdite per trafilamento e dai ritardi di apertura e chiusura delle valvole. Peraltro, i ritardi di apertura e di chiusura delle valvole sono meno influenti a bassa frequenza in quanto si verificano con una frequenza minore.

Facilmente spiegabile e' poi il fatto che alimentando a frequenza ridotta il motore elettrico che aziona il compressore esso genera meno calore e quindi trasmette una minore quantità' di calore al gas in aspirazione.

Infine, il rendimento volumetrico può' essere migliorato, riducendo il volume passivo e le perdite di carico, dimensionando opportunamente la sezione di passaggio dei fori di mandata e di aspirazione sulla piastra delle valvole, a parità' di portata.

Il rendimento meccanico, inoltre, migliora al diminuire della velocita' , in quanto le perdite relative aumentano in funzione della velocita' stessa.

La Fig.2 mostra la curva del coefficiente di rendimento globale (COP) di un compressore in funzione della cilindrata cc.)· Del tutto analogo e' l'andamento della curva del coefficiente di rendimento globale in funzione della capacita' per un dato compressore.

La Fig.3 mostra le curve del rendimento volumetrico e del rendimento relativo alle perdite di carico attraverso il foro di scarico della piastra valvolare in funzione del diametro del foro per compressori di diversa cilindrata e azionati a diverse velocita . Come e' noto, e si rileva dalle curve rappresentate, i due tipi di rendimento presentano andamenti contrastanti; pertanto 11 diametro ottimale del foro va scelta in corrispondenza del valore massimo del prodotto dei due rendimenti citati; in particolare, ciò’ si verifica generalmente in corrispondenza del punto di incontro delle due curve relative ai dati caratteristici (cilindrata e velocita') per ciascun compressore .

La Fig.4 mostra la curva del coefficiente di rendimento globale di un compressore in funzione della velocita' (numero di giri), da cui si rileva che il rendimento ha un valore massimo in corrispondenza ad una precisa velocita'.

La Fig.5 mostra, Infine, in diagramma tridimensionale le curve sperimentali per l'ottimizzazione di un compressore secondo l'invenzione, per determinare il massimo rendimento in funzione della velocita' e del diametro del foro della valvola di scarico.

La Fig.6 mostra in sezione parziale un compressori alternativo ermetico, in cui sono messi in evidenza l'assieme, cilindro-pistone 21, la piastra valvolare 22, la valvola 23, 11 foro di scarico 24 e la muffola 25.

Dalla Fig.5 si rileva che, utilizzando per 11 comando del compressore un motore senza spazzole dotato di dispositivo di controllo di frequenza e modificando opportunamente le dimensioni del foro della valvola di scarico, si possono individuare le caratteristiche ottimali di dimensionamento e di funzionamento per il compressore spostandosi lungo il crinale del valori massimi delle curve rappresentate.

Si riportano qui di seguito due esempi di dimensionamento ottimale per due compressori aventi caratteristiche diverse, realizzati in via sperimentale.

Ora, se sul compressore A si sostituisce il motore ad induzione con un motore senza spazzole, in particolare del tipo a riluttanza variabile, e in base alle curve di Fig.5 si determina la velocita' di rotazione alia quale il motore cosi' modificato può' erogare una capacita' frigorifera equivalente a quella del compressore B, sì trovano i seguenti valori :

Inoltre, la riduzione della velocita (da 2875 a 2100 giri/min) provoca una corrispondente riduzione della portata, per cui e‘ possibile e conveniente ridurre il diametro dei fori delle valvole.

Se, quindi, sempre in base alle curve di Fig.5, si individua il diametro del foro della valvola di scarico che ottimizza il COP, si trova che tale diametro (di 3,2 mm nel compressore A) può' essere ridotto a 2,5 mm nel compressore modificato. Grazie a ciò', il COP aumenta a 1,15 e la capacita' frigorifera aumenta a 58 kCal/h (addirittura superiore a quella del compressore B).

Si e' cosi' ottenuto un aumento d1 oltre il 30 % nel COP.

Ripetendo la medesima sperimentazione utilizzando un motore senza spazzole a magneti permanenti con commutazione elettronica, 1 risultati sono ancora migliori. Infatti, il COP che si ottiene e<1 >1,25, con un aumento del 42 % rispetto al COP del compressore B di partenza dotato di motore ad induzione.

Anche la misura di rumorosità' fornisce risultati notevolmente migliori, in quanto scende da 35,7 dBa a 34,2 dBa, mentre le vibrazioni scendono da 32,2 dBa a 27 dBa.

Secondo esempio.

Si consideri un compressore d1 attuale produzione avente cilindrata di 4,4 cc e comandato da un motore ad induzione.

Capacita frigorifera: 81,5 kCal/h

Potenza assorbita; 73,3 w

COP: 1,29

Ottimizzando anche la piastra valvole in funzione del numero di giri ridotto, si trova che, con due fori di mandata con diametro di 2,5 mm (anziché due fori con diametro di 3,2 mm), la capacita frigorifera diventa di 86 k.Cal/h (praticamente equivalente a quella del compressore di partenza) ma il COP aumenta a 1,33 con un aumento del 29,1 %. Anche la rumorosità' risulta migliorata, scendendo da 38,2 a 36 dBa, come pure le vibrazioni che scendono da 35 dBa a 28 dBa .

Concludendo, il compressore con motore senza spazzole a controllo elettronico di frequenza secondo l'invenzione realizza effettivamente gli scopi prefissati di aumento del rendimento, riduzione del consumi e della rumorosità<1>.

Va anche sottolineato 11 fatto che, con un controllo elettronico della frequenza che utilizza un microelaboratore , si possono Impostare per l'alimentazione del motore anche piu di due frequenze diverse e ridotte, ma sempre nel campo di massimo rendimento globale del compressore; pertanto il compressore secondo l'Invenzione può essere utilizzato per applicazioni che richiedono capacita<1 >frigorifere diverse. Ciò si traduce nell'ulteriore vantaggio di consentire una standardizzazione e riduzione del numero di modelli di compressori necessari per coprire un’ampia gamma di applicazioni negli apparecchi frigoriferi.

Si e anche visto che diverse alternative e modifiche possono essere adottate senza uscire dall'ambito di protezione dell' invenzione .

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI . 1. Compressore alternativo ermetico, in particolare per apparecchi frigoriferi e congelatori di tipo domestico, provvisto di motore elettrico di azionamento (17) e d1 dispositivo d1 controllo elettronico (18), caratterizzato dal fatto che detto motore (17) e' un motore del tipo senza spazzole ed 11 dispositivo di controllo (18) e' un dispositivo di controllo di frequenza, atto ad azionare il motore ad una qualsiasi velocita' compatibile con il corretto funzionamento del motocompr essor e (10) per ottenere un aumento del rendimento globale del compressore.
2. 2. Compressore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la frequenza d1 azionamento del motore (17) e' ridotta in modo da rendere massimo il rendimento globale del compressore (10) con un numero di giri del motore Inferiore a quello di un corrispondente motore ad induzione.
3. 3. Compressore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i fori di scarico e d1 aspirazione (24) sulla piastra valvole (22) del compressore (10) hanno un diametro ridotto in funzione del ridotto numero di giri del compressore per migliorare il rendimento globale ed ottimizzare la capacita' frigorifera del compressore, tramite una riduzione del volume passivo nella camera di compressione.
4. 4. Compressore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto compressore (10) ha una cilindrata superiore a quella di un compressore azionato da un motore ad induzione con corrispondente capacita' frigorifera.
5. 5. Compressore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo della .frequenza (18) e atto ad impostare due frequenze operative, la prima piu' bassa corrispondente al massimo rendimento globale del compressore per il funzionamento dell'apparecchio frigorifero in condizioni norma li, e la seconda piu ' alta per il funzionamento dell'apparecchio frigorifero in condizioni di maggiore richiesta di capacita ' frigorifera.
6. 6. Compressore secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo di frequenza (18) comprende un microelaboratore atto ad impostare una pluralità' di frequenze diverse e ridotte, ma sempre nel campo di massimo rendimento globale del compressore.