ITPN990053A1 - Compressore del fluido frigorigeno azionato da un motore elettricoa frequenza di alimentazione variabile - Google Patents

Description

Descrizione del breveto per invenzione industriale avente per titolo: “Compressore del fluido frigorìgeno azionato da un motore elettrico a frequenza di alimentazione variabile”

La presente invenzione si riferisce a un compressore del fluido frigorigeno per un apparecchio refrigerante domestico o simile, più precisamente del tipo azionato da un motore eletrico a frequenza di alimentazione variabile.

L’importanza attribuita alla limitazione del consumo di energia degli apparecchi domestici anche dalle pubbliche autorità, ha portato a Direttive, ad es. della Commissione Europea, che ai fini della riduzione globale dell’effeto serra, di fato vietano la commercializzazione degli apparecchi con consumo di energia troppo alto rispetto alle prestazioni da essi assicurate. Questo vale anzituto per gli apparecchi refrigeranti a compressione, che sono largamente diffusi in tutti i paesi.

Per otemperare a queste Direttive, sono note proposte di adozione generalizzata di compressori del fluido frigorigeno azionati da un motore elettrico che, anziché a intermittenza come negli apparecchi tradizionali, funziona in continuo ma con una velocità variabile. Teoricamente, un motore del genere è quindi in grado di funzionare a uno qualsiasi degli infiniti valori n compresi fra un limite superiore ns e un limite inferiore n1.

Per garantire costantemente l’ottimale conservazione degli alimenti conservati nell’ apparecchio i detti valori limite n* e ni sono prefissati in funzione del carico termico, che, come è noto, è proporzionale alla differenza tra la temperatura Tc nell’ambiente di installazione dell’apparecchio (che, nel caso della classe climatica ST, è compresa fra 10 e 38°C) e la temperatura nel vano di conservazione degli alimenti (che, nel caso di un cosiddetto frigorifero “cooler”, è compresa fra 2 e 8°C), teoricamente il rapporto ns/ni dovrebbe essere pari a 19. Tuttavia, a causa di ben note difficoltà pratiche, fra cui il rischio di una insufficiente lubrificazione alle basse velocità, il rapporto ns/ni fra le velocità limite del motore del compressore è in effetti all’incirca uguale a 3. La conservazione degli alimenti è cosi ottimale solo in poche condizioni effettive di funzionamento dell’apparecchio che possono essere molto diverse dalla realtà. ;Un secondo inconveniente derivante dall’impiego di un compressore azionato da un motore a velocità variabile è che esso esige nell’ apparecchio refrigerante un sistema di controllo termostatico specifico, diverso sia come hardware che come software da quelli utilizzati nei tradizionali apparecchi refrigeranti in cui il motore del compressore funziona ad intermittenza a una sola velocità. Un costruttore di apparecchi refrigeranti è così obbligato a un lungo e costoso lavoro riprogettazione e sperimentazione di ogni apparecchio della propria gamma produttiva. ;Un diverso tipo di compressore, presentato nel brevetto EP-A-0490 089, è azionato da un motore che è in grado di funzionare selettivamente a un numero discreto di velocità (due o, al massimo, tre) e presenta una cilindrata relativamente maggiorata rispetto a un equivalente compressore con motore di azionamento a velocità unica. La prima velocità ni del motore, che può essere dell’ordine di 2000 giri al minuto, viene usata nei periodi di funzionamento in cui occorre minimizzare il consumo di energia dell’apparecchio (cosiddetti “periodi di conservazione”); la seconda velocità ητ, che può essere dell’ordine di 2800 giri al minuto, e la eventuale terza velocità nt, che può essere dell’ordine di 3200 giri al minuto, vengono usate quando l’apparecchio necessita di una capacità frigorifera, ad esempio nei periodi transitori come l avviamento dopo una pausa prolungata o si trova in condizioni di lavoro particolarmente gravose. Il passaggio da una velocità all’altra viene realizzato, quando il motore è del tipo senza spazzole, mediante un dispositivo di controllo della frequenza di alimentazione. ;Scopo principale della presente invenzione è presentare un compressore di fluido frigorigeno di questo secondo tipo il cui motore elettrico di azionamento è in grado di passare in modo automatico da una all’altra frequenza di alimentazione al fine di minimizzare, in qualsiasi condizione di funzionamento, il consumo di energia dell’apparecchio. ;Un altro scopo dell’invenzione è di evitare al costruttore una riprogettazione funzionale della propria gamma di apparecchi refrigeranti, grazie al fatto che, almeno alla velocità più bassa ΓΚ, il funzionamento del motore di azionamento del compressore, rimane a intermittenza. Siccome l’invenzione non richiede alcuna modifica al sistema di controllo termostatico del vano di conservazione degli alimenti dell’apparecchio refrigerante su cui è montato il compressore esso può così ridursi perfino a un ben noto termostato a espansione di fluido. ;Questi e altri scopi sono ottenuti con un sistema di controllo avente le caratteristiche delle successive rivendicazioni. ;Al fine di meglio spiegare caratteristiche e vantaggi, viene qui sotto fornita la descrizione di una preferita forma dell’invenzione in riferimento al disegno allegato : - figura 1 mostra schematicamente una vista d’assieme del compressore; - figura 2 mostra uno schema elettrico di inserimento di un motore di azionamento del compressore utilizzato in un cosiddetto frigorifero “cooler” a sbrinamento ciclico automatico. ;In modo per sè ben noto, un compressore di fluidi frigorigeni per l’impiego in un apparecchio refrigerante domestico consiste sostanzialmente in un involucro metallico sigillato 1 che racchiude sia il compressore propriamente detto del tipo alternativo sia il motore elettrico di azionamento 10, ad esso coassiale. Dalla superficie esterna dell’involucro sigillato 1 sporgono tre tubi metallici 2, 3 e 4, rispettivamente di aspirazione, di mandata e di servizio. La stessa superficie esterna dell’involucro sigillato 1 costituisce il sostegno di un coperchio 5 che racchiude e protegge la morsettiera per l’alimentazione da parte della rete elettrica attraverso un cavo spina (non mostrato). La morsettiera è inoltre collegata mediante un primo cablaggio 9 a un’unità di controllo a microprocessore 7 (mostrata solo in figura 2), avente le funzioni descritte più sotto, che è chiusa in una sua scatola protettiva 6 ed è a sua volta atta a essere collegata al termostato 12 (anch’esso mostrato solo in figura 2) di un apparecchio refrigerante tramite un secondo cablaggio 8. ;Nello schema elettrico esemplificativo di figura 2, che si riferisce all’impiego del compressore dell’invenzione su un cosiddetto frigorifero “cooler” a sbrinamento ciclico automatico, oltre ai conduttori L e N del cavo spina per l’alimentazione elettrica, il motore 10 di azionamento del compressore e l’unità di controllo 7 sono per semplicità direttamente collegati fra loro sia in segnale che in potenza mediante la suddetta linea elettrica 9. Il suddetto secondo cablaggio 8 collega il termostato 12, che è a sua volta collegato al conduttore di linea L, a un punto 13 di interfacciamento con la già menzionata unità di controllo a microprocessore 7. ;Si fa fin d’ora rilevare che il termostato 12, che in questo esempio di applicazione serve per il controllo della temperatura Ti nel vano di conservazione del frigorifero su cui è montato il compressore, non è necessariamente del tipo a stato solido ma, vantaggiosamente, può anche essere del tipo ad espansione di fluido. All’interno della scatola 6, al punto di interfacciamento 13 fanno capo due conduttori in parallelo 14 e 15. Il primo conduttore 14 porta al contatto comune 16 di un interruttore a scambio 17 che è a sua volta atto a collegare selettivamente il punto di interfacciamento 13 con un primo contatto terminale 18 e con un secondo contatto terminale 19 dell’unità di controllo 7 rispettivamente mediante i conduttori 20 e 21. Lungo il secondo conduttore 15, che fa capo al punto di interfacciamento 13 e termina su un terzo contatto terminale 22 dell’ unità di controllo a microprocessore 7, si trova un interruttore normalmente aperto 23. ;Nella preferita forma di esecuzione mostrata in figura 2, ma non necessariamente per P implementazione di questa invenzione, a ulteriori contatti terminali 25, 26 e 27 dell’unità di controllo 7 costituiscono le entrate di ulteriori segnali 28, 29 e 30, come sarà meglio spiegato più sotto. Ad es. il segnale 28 che giunge al contatto 25 può essere il segnale di misura della temperatura reale all’interno del vano di conservazione, nel caso che il frigorifero sia dotato di un apposito sensore (non mostrato), mentre il segnale 29 che giunge al contatto 26 può riferirsi alla frequenza e/o durata di apertura della porta del vano di conservazione e infine il segnale 30 che giunge al contatto 27 può essere quello relativo all’operazione di sbrinamento del detto vano. ;Secondo una caratteristica fondamentale della presente invenzione, l’unità di controllo 7 assolve le seguenti funzioni : ;- comandare la commutazione dell’interruttore a scambio 17 per collegare il punto di interfacciamento 13 col primo contatto terminale 18 oppure col secondo contatto terminale 19 dell’unità di controllo 7, in modo da ottenere l’alimentazione del motore 10 di azionamento del compressore rispettivamente a una prima e più bassa frequenza elettrica H o a una seconda e più alta frequenza elettrica entrambe inferiori alla frequenza £* della corrente nella rete elettrica di alimentazione (50 o 60 Hz), ossia nei conduttori L e N. Evidentemente a ciascuna delle dette frequenze corrisponde una prefissata velocità del motore 10, ad es. alla frequenza ϋ corrispondono 1600 giri/minuto, alla frequenza £ corrispondono 2400 giri/minuto - comandare la chiusura dell’ interruttore normalmente aperto 23 sul terzo contatto terminale 22 dell’unità di controllo 7 in modo da cortocircuitare i suddetti primo e secondo terminale 18, 19 della stessa unità 7. In questo modo, il motore 10 viene alimentato a una frequenza ft superiore alle altre due, che ad es. può essere uguale alla frequenza fi della rete di alimentazione perché il motore 10 giri a una velocità di 3000 giri/minuto

- monitorare, attraverso la linea 9, sia la durata assoluta di funzionamento del motore 10 di azionamento del compressore sia l’indice di utilizzazione (comunemente noto come percentuale di lavoro) dello stesso, che sono due grandezze variabili nel tempo in modo indipendente l’una dall’altra. Naturalmente essa è anche in grado di calcolare sia i valori assoluti che le possibili combinazioni di dette variabili e/o di loro funzioni come ad es. il numero consecutivo di cicli del motore 10 aventi un determinato indice di funzionamento;

- confrontare i valori assoluti e/o le suddette combinazioni delle dette grandezze variabili con valori prefissati al fine di emettere, quando occorre un segnale di input per la commutazione deirinterruttore a scambio 17 dal primo al secondo contatto terminale 19, 20 dell’unità di controllo 7 o viceversa, o anche per la chiusura dell 'interruttore normalmente aperto 23 sul terzo contatto 22 della stessa unità 7. Questo al fine di variare la frequenza elettrica di alimentazione del motore 10 da uno all’altro dei suddetti tre valori f1 f2 ed fT R conseguentemente aumentarne o ridurne la velocità;

- monitorare anche le chiusure e aperture dell 'interruttore termostatico 12 che, come è ben noto, non fa parte del compressore ma è per sè già presente su tutti gli apparecchi refrigeranti.

Vengono qui di seguito descritti alcuni esempi di funzionamento del compressore riferiti al suo impiego su un frigorifero “cooler” e quindi con lo schema elettrico di inserimento mostrato in figura 2.

Esempio n. 1 - Primo avviamento dell’apparecchio dopo l’installazione Premesso che l’intemittore 12 dell’apparecchio refrigerante è ovviamente chiuso, per cui il punto di interfacciamento 13 è messo sotto tensione, l’unità di controllo 7 realizza la chiusura dell’ interruttore normalmente aperto 23 sul terzo contatto terminale 22 per ottenere l’alimentazione elettrica del motore 10 di azionamento del compressore alla frequenza più alta fj. Come già detto, questa frequenza può essere la frequenza & della rete di alimentazione (50 o 60 Hz), che fa funzionare il motore 10 a 3000 giri/minuto. Questo funzionamento dura per tutto il tempo necessario per arrivare al primo stacco del termostato 12, che ovviamente interrompe l’alimentazione proveniente dal conduttore di linea L.

Esempio n, 2 - Normale conservazione

Attraverso il cablaggio 9 l’unità di controllo 7 è in grado di accertare che l’indice di utilizzazione del motore 10 è basso, più precisamente non supera un prefissato valore di soglia (che può essere dell’ordine del 50%) per un prefissato numero di cicli consecutivi (ad es. 5) del termostato 12. La stessa unità di controllo 7 realizza quindi la commutazione dell’interruttore a scambio 17 in modo che, quando il termostato 12 è chiuso, il punto di interfacciamento 13 porti tensione al primo contatto terminale 19 attraverso il conduttore 20 per alimentare il motore 10 di azionamento del compressore alla frequenza minima f1 così che questo mantenga una velocità di soli 1600 giri/minuto. Pertanto, da questo momento in avanti (e finché non cambiano le condizioni, come descrìtto nei successivi esempi) il consumo di energia del frigorifero, dovuto al funzionamento dello stesso motore 10, è minimo in quanto è soltanto quello necessario per mantenere il vano di conservazione alla temperatura selezionata dall’ utilizzatore (ad es. 4°C) o di “default”.

Esempio n. 3 - Uso frequente del frigorifero per carico e scarico di cibi Attraverso il cablaggio 9 l’unità di controllo 7 è in grado di accertare un elevato indice di utilizzazione del motore 10, più precisamente superiore al già menzionato prefissato valore di soglia (50%) per un prefissato numero di cicli consecutivi (ad es. 5) del termostato 12. La stessa unità di controllo 7 realizza quindi la commutazione dell’interruttore a scambio 17 in modo che, quando il termostato 12 è chiuso, il punto di interfacciamento 13 porti la tensione del conduttore di linea L al secondo contatto terminale 19 attraverso il conduttore 21 per alimentare il motore 10 di azionamento del compressore alla frequenza f 2 f1 cosi da aumentarne la velocità a 2400 giri/minuto. Pertanto, il consumo di energia del frigorifero aumenta ma solo per il periodo di tempo necessario al ristabilimento delle condizioni di cui all’Esempio n. 2.

Esempio n. 4 - Prolungata apertura della porta

L’unità di controllo è in grado di accertare se la porta del frigorifero rimane aperta per un periodo di tempo anormalmente lungo, ad es. a causa di una disattenzione dell’ utilizzatore, attraverso almeno uno dei sopra menzionati segnali 28, 29 che arrivano ai suoi contatti terminali 25, 26. Ne consegue una durata di funzionamento prolungata del motore 10 di azionamento del compressore, in particolare superiore a una prefissata soglia di 90 minuti. Col termostato 12 in posizione di chiusura, viene quindi assicurato che l’interruttore a scambio 17 rimanga chiuso sul secondo contatto terminale 19 dell’unità 7.

Naturalmente, il compressore della presente invenzione va ugualmente bene se viene impiegato in altre tipologie di apparecchi refrigeranti, ad es. come i congelatori e i cosiddetti combinati “frigo-freezer”, mediante opportune varianti della logica di funzionamento dell’unità 7 di controllo a microprocessore.

I vantaggi della presente invenzione possono essere cosi sintetizzati :

- l’unità di controllo a microprocessore fa parte integrante del compressore; - non è richiesta alcuna riprogettazione funzionale degli apparecchi refrigeranti sui quali il compressore viene montato, nemmeno a livello di cablaggio;

- è anzi possibile continuare a usare sugli apparecchi anche termostati ben provati e a basso costo come quelli a espansione di fluido;

- il consumo di energia è esattamente e automaticamente adeguato alle effettive condizioni di funzionamento degli apparecchi, quindi è ridotto al minimo nelle condizioni “standard” che sono alla base della dichiarazione riprodotta sull'etichetta energetica degli apparecchi;

- analogamente, il livello di rumorosità è tenuto sotto controllo e, in pratica, è senz’altro a un basso livello per la grande maggioranza del tempo.

Resta inteso che il compressore dell’invenzione potrà essere realizzato in modo diverso dalla forma di esecuzione descritta in precedenza, in particolare le frequenze di alimentazione elettrica (e quindi le velocità) del motore di azionamento potranno avere valori assoluti e relativi diversi da quelli menzionati qui sopra, in particolare nessuna delle tre frequenze potrà essere uguale alla frequenza della rete di alimentazione (50 o 60 Hz). Inoltre, potranno essere utilizzate altre grandezze variabili nel tempo, per es. la corrente assorbita dal motore di azionamento.

Si fa anche notare che, se lo vuole, il costruttore può inserire sul pannello comandi del suo apparecchio refrigerante un mezzo manuale atto a comandare rinterruttore normalmente aperto e/o il termostato a scambio ovvero a duplicarne le funzioni. In questi casi l’unità di controllo a microprocessore viene scavalcata e l’apparecchio necessita di interventi da parte dell’utilizzatore per variare la sua velocità.

Infine è inteso che è sempre possibile “personalizzare” la logica di funzionamento dell’unità 7 di controllo a microprocessore in modo da tenere conto delle condizioni di installazione e/o di specifiche caratteristiche costruttive dell’apparecchio refrigerante (ad es. se questo è del tipo con più di due vani e altrettante temperature di conservazione dei cibi) su cui viene montato il compressore.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Compressore del fluido frigorigeno, per un apparecchio refrigerante domestico o simile, azionato da un motore (10) la cui frequenza elettrica di alimentatone è selettivamente variabile fra un numero discreto di valori (f1. f2 ft) in funzione di un segnale di input, caratterizzato dal fatto di comprendere integralmente mezzi di controllo (7) che sono atti a monitorare due o più grandezze variabili nel tempo in modo indipendente l’una dall’altra delle quali almeno una è rappresentativa delle reali condizioni di funzionamento dell’ apparecchio e che sono inoltre atti a generare il detto segnale di input con un valore corrispondente a una prefissata combinazione delle grandezze monitorate.
2. 2. Compressore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere integralmente anche mezzi di elaborazione del detto segnale di input i quali di volta in volta sono atti a privilegiare l’una o l’altra delle dette grandezze variabili in funzione del valore assoluto che esse assumono in una rispettiva prefissata scala.
3. 3. Compressore secondo la rivendicazione 1 o 2 per un apparecchio refrigerante avente almeno un vano di conservazione la cui temperatura è regolabile mediante un termostato (12), caratterizzato dal fatto che anche il detto sistema di controllo termostatico è associato ai detti mezzi di monitoraggio (7).
4. 4. Compressore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che una delle dette grandezze variabili è costituita dall’indice di utilizzazione del suo motore di azionamento (10).
5. 5. Compressore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che una delle dette grandezze variabili è costituita dalla durata assoluta di funzionamento del suo motore di azionamento (10).
6. 6. Compressore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che una delle dette grandezze variabili è costituita dalla corrente elettrica assorbita dal suo motore di azionamento (10).
7. 7. Compressore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il rapporto fra la massima (fT) e la minima frequenza (f1) elettrica di alimentazione del suo motore di azionamento (10) è compreso a fra 1,4 e 2,1, preferibilmente è all’incirca uguale a 2.
8. 8. Compressore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che i mezzi che sono atti a generare il detto segnale di input sono programmabili dal costruttore in modo da tenere conto delle condizioni di installazione e/o di caratteristiche costruttive dell’ apparecchio refrigerante.