PT777052E

PT777052E - Valvula de controlo de capacidade para compressor em espiral

Info

Publication number: PT777052E
Application number: PT96304751T
Authority: PT
Inventors: Roderick Donald Taylor; Brian Robert Kelm
Original assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2001-08-30
Also published as: US5551846A; EP0777052A3; EP0777052B1; JPH09151867A; DE69611888D1; DE69611888T2; EP0777052A2

Description

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DESCRICÃO “Válvula de controlo de capacidade para compressor em espiral” O presente invento refere-se, em geral, a compressores em espiral e, mais particularmente, a uma válvula de controlo para variar a capacidade da saída de um compressor em espiral.

Os compressores em espiral de pequenos tamanhos são hoje utilizados para aplicações de ar condicionado e refrigeração, tal como o sistema de ar condicionado de um veículo. O que torna atractivo um compressor em espiral é o facto do mesmo ter relativamente poucas peças móveis, o ser altamente fiável, o proporcionar deslocamento positivo, ter eficiências altas, e baixos níveis de ruído. Os principais componentes de um compressor em espiral são uma espiral estacionária e uma espiral móvel, uma das quais é rodada de 180° e engrena na outra. A espiral em móvel está montada numa manivela excêntrica, de modo que a rotação do accionamento produz um movimento orbital do corpo de espiral. No entanto, a espiral não gira roda em torno do seu eixo porque está restringida por um dispositivo, que assegura que a espiral permanece na mesma posição angular durante o movimento orbital. À medida que a espiral móvel orbita, o gás é aspirado e retido entre as duas espirais. O gás move-se de modo contínuo para o centro das espirais e o volume do gás é reduzido à medida que o gás se move para o centro das espirais, onde se encontra um orifício de saída de descarga, através da espiral fixa, que permite que o gás seja descarregado. Um compressor tem um volume de deslocamento e um volume de câmara de compressão; a razão entre os dois tem um efeito directo desempenho e eficiência do compressor. Os orifícios de descarga e derivação em paralelo são uma maior porção do volume da câmara de compressão. Quanto maior for o volume da câmara de compressão, menor será o valor da compressão, que existe antes do gás ser liberto; inversamente, quanto menor for a câmara de compressão, maior será a compressão antes de ser do gás ser liberto. O gás é aspirado, retido, reduzido em volume, e finalmente passado para o orifício de descarga de onde é expelido. São possíveis vários métodos de controlo de capacidade com um compressor em espiral, incluindo a variação de velocidade, estrangulamento da aspiração e recirculação interior. Embora a variação da velocidade seja um excelente método do controlo de capacidade, o mesmo utiliza tipicamente um inversor de frequência para proporcionar uma gama ampla de velocidades a um

85 591 ΕΡ Ο 777 0527ΡΤ motor eléctrico de AC normal, o que não é prático para aplicações em veículos. Em aplicações em veículos, é possível o estrangulamento da aspiração, mas está limitado pela subida da temperatura devido ao aumento da relação de pressão. Alguns compressores de parafuso para refrigeração/gás usam uma válvula de corrediça integral para os tamanhos maiores e válvulas normais para descarga para os tamanhos menores. Estas válvulas libertam algum do gás que foi aspirado e retido imediatamente antes da compressão interior tenha comunicado energia ao mesmo. Assim, a descarga efectuada é eficiente, porque muito pouca energia foi para o gás que retorna à aspiração de compressão. Pode desenvolver-se o mesmo conceito num compressor em espiral. Infelizmente, nos compressores de pequeno tamanho, utilizados nas aplicações em veículos, a complexidade envolvida toma os compressores relativamente caros, e portanto indesejáveis. Por conseguinte, será apreciado que deve ser muito desejável ter um dispositivo simples para controlar o volume num compressor em espiral para utilização em veículos.

Para aplicações em veículos, é desejável usar um único componente para os diferentes modelos de veículos, em que cada modelo tem os seus requisitos de refrigeração particulares. Ao utilizar um componente único, como um compressor em espiral num sistema de ar condicionado, a saída do compressor tem que ser adaptada para satisfazer os requisitos particulares e obter a eficiência energética máxima.

Em EP-A-0113786 é descrito um dispositivo com uma capacidade de fluido e um ciclo de compressão, que compreende um alojamento; uma espiral fixa montada no dito alojamento e que possui um orifício de descarga central e um primeiro par de orifícios de derivação em paralelo, estando o dito par de orifícios de derivação em paralelo localizado em pontos termodinamicamente simétricos no dito ciclo de compressão relativo ao orifício de descarga; e uma espiral móvel, montada no dito alojamento e engrenada na dita espiral fixa para reter um fluido entre as ditas espirais fixa e móvel.

Os compressores em espiral da técnica anterior utilizam sistemas de controlo de deslocamento complexos, os quais conseguem os resultados desejados, mas à custa de complexidade aumentada e adição de partes. O aumento da adição de partes é indesejável porque cada parte é uma fonte de problemas potencial. Por conseguinte, será apreciado que deve ser altamente desejável variar a saída de um compressor em espiral, utilizando um número mínimo de componentes.

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De acordo com o presente invento é proporcionado um compressor em espiral, tendo uma certa capacidade de fluido e um ciclo de compressão, que compreende um alojamento; uma espiral fixa, montada no dito alojamento, e tendo um orifício de descarga central e um primeiro par de orifícios de derivação em paralelo, estando o dito par de orifícios de derivação em paralelo localizado em pontos termodinamicamente simétricos no dito ciclo de compressão em relação ao dito orifício de descarga; e uma espiral móvel, montada no dito alojamento e engrenada na dita espiral fixa para reter um fluido entre as ditas espirais fixa e móvel; caracterizado por compreender uma válvula de controlo rotativa, oca e cilíndrica, tendo uma parede de válvula, que tem um primeiro par de ranhuras de alinhamento controlável em relação ao dito par de orifícios de derivação em paralelo, para purgar o dito fluido retido e modular a dita capacidade de fluido do dito compressor em espiral.

Na concretização preferida do invento, a válvula de controlo tem porções de extremidade com dimensões de diâmetro iguais e a porção média e a espiral fixa formam uma passagem para fluido que sai do orifício de descarga. A espiral fixa tem um segundo par de orifícios de derivação em paralelo posicionados dentro do primeiro par de orifícios de derivação em paralelo e a parede da válvula tem um segundo par de ranhuras alinháveis de modo controlável em relação ao segundo par de orifícios de derivação em paralelo para purgar o fluido e, desse modo, modular a capacidade volumétrica do compressor. A válvula cilíndrica rotativa controla a capacidade de bombagem do compressor em espiral. O controlo é conseguido pela colocação de uma série de orifícios de derivação em paralelo através da base da espiral fixa. Os orifícios permitem ao gás escoar-se das câmaras de compressão através da válvula de controlo para a câmara de baixa pressão. O escoamento e a sequência dos orifícios é controlado pela rotação da válvula ao passar através dos orifícios. À medida que os orifícios de derivação em paralelo são descobertos, o gás parcialmente comprimido da câmara de trabalho é purgado para a câmara de baixa pressão reduzindo a saída da bomba. Através da abertura progressiva de vários conjuntos de orifícios a partir dos andares anteriores de compressão até a compressão final, a capacidade do compressor é reduzida com um mínimo de trabalho desperdiçado. O invento será agora descrito, por meio de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: 85 591 ΕΡ Ο 777 0527ΡΤ 4

a Fig. 1 é uma vista plana esquemática de uma concretização preferida de uma espiral fixa de um compressor em espiral, que inclui uma válvula de controlo rotativa de acordo com o presente invento; e a Fig. 2 é uma vista esquemática em corte de um compressor em espiral pela linha 2-2 da Fig. 1, mas representando também uma espiral móvel.

Referindo as Figs. 1 e 2, um compressor em espiral 10 tem um alojamento vedado 12 com uma entrada e uma saída (não mostrada) que liga o compressor 10 a um sistema de ar condicionado, por exemplo, de um veículo. A entrada admite gás para a câmara de baixa pressão 14 e a saída fornece o gás da câmara de alta pressão 16 do alojamento para o sistema de ar condicionado.

Uma espiral fixa 18 está montada no alojamento 12 e tem um orifício de descarga 22, que descarrega o gás refrigerante comprimido para a câmara de alta pressão 16 do alojamento 12. A espiral fixa 18 tem um primeiro par de orifícios derivação em paralelo 24, 26 que estão espaçados do orifício de descarga 22 e posicionados em tomo do orifício de descarga 22 em localizações termodinamicamente simétricas; isto é, em pontos de pressão e temperatura iguais. As localizações termodinamicamente simétricas podem ser determinadas por cálculo ou medição. Deve existir um segundo par de orifícios 28, 30, posicionados dentro do primeiro par de orifícios derivação em paralelo 24, 26, e devem existir outros pares de orifícios de derivação em paralelo. Como representado, os orifícios de derivação em paralelo 24 e 28 estão localizados à esquerda do orifício de descarga 22, enquanto que os orifícios derivação em paralelo 26 e 30 estão localizados à direita do orifício de descarga 22.

Uma primeira purga 32 está formada na espiral fixa 18, adjacente à parede esquerda do alojamento 12 , e uma segunda purga 34 está localizada à direita do orifício de descarga 22, adjacente à parede direita do alojamento 12. A espiral móvel 36 está também montada no alojamento 12 e engrenada na espiral fixa 18 para reter o gás de trabalho entre as duas espirais para compressão.

Um válvula de controlo oca e cilíndrica 38 está montada no alojamento 12, adjacente à caixa em espiral fixa 18. A válvula cilíndrica 38 tem uma extremidade esquerda aberta 40 'M, em comunicação com a câmara de baixa pressão 14 através da purga esquerda 32 e tem uma extremidade direita aberta 42 em 85 591 ΕΡ Ο 777 0527ΡΤ 5 ã f-fvfí

comunicação com a câmara 14 através da purga direita 34. A parede da válvula tem um primeiro par de ranhuras 44, 46 que são alinháveis de modo controlável em relação ao primeiro par de orifícios de derivação em paralelo 24, 26 e tem um segundo par de ranhuras 48, 50, que são alinháveis de modo controlável em relação ao segundo par de orifícios de derivação em paralelo 28, 30. Quando as ranhuras e as purgas estão alinhadas, o gás pode ser purgado através das extremidades abertas da válvula, através das purgas esquerda e direita para a câmara de baixa pressão. A purga do gás modula a capacidade do compressor e faz variar o volume para as diferentes aplicações. Um resultado primário da rotação da válvula para o ponto de capacidade mínima é a recirculação do refrigerante durante a compressão mínima. Um benefício da válvula rotativa é que, quando a válvula é estabelecida na posição de capacidade máxima, em que os orifícios de derivação em paralelo estão todos fechados, o volume não varrido, que resulta do mecanismo é muito menor porque a válvula rotativa está próxima da superfície de trabalho. Isto resulta em desempenho melhorado e em eficiência mais elevada. A válvula 38 tem porções esquerdas e direitas com dimensões de diâmetros iguais e tem uma porção e tem uma porção média entre as porções de extremidade que tem a dimensão de diâmetro menor do que as porções de extremidade. A porção média de diâmetro reduzido e a espiral fixa formam uma passagem na zona do orifício de descarga para a saída de gás do orifício de descarga no seu percurso para a câmara de alta pressão. Em alternativa, a porção média da válvula pode ter o mesmo diâmetro do que as porções de extremidade, caso em que, o orifício de descarga ficaria descentrado de modo que a válvula não bloqueie o orifício de descarga.

Crê-se que a operação do presente invento é óbvia a partir da descrição e dos desenhos anteriores, mas contudo vão ser acrescentadas algumas palavras para maior clareza. A válvula de controlo rotativa pode ser operada por um êmbolo de controlo ligado à válvula por uma transmissão por um accionamento de tirante ou por meio de um accionamento de cremalheira ou por motor eléctrico. A válvula rotativa é feita rodar para uma nova posição, quando a carga do sistema muda. Com uma carga de sistema alta, a mesma será rodada para a posição de máxima capacidade, na qual são fechados todos os orifícios de derivação em paralelo. Quando a carga do sistema se reduz, a válvula será rodada de modo a que os orifícios do derivação em paralelo sejam suficientemente abertos para reduzir a capacidade da bomba para igualar a carga do sistema. A válvula é movida apenas quando a carga do sistema muda. A válvula não precisa de ser movida em 6 05 591 ΕΡ 0 777 0527ΡΤ sincronismo com a espiral móvel. A válvula apenas precisa de rodar de um ângulo suficiente para ir de todos os orifícios de derivação em paralelo abertos para todos os oriticios de derivação em paralelo fechados. Enquanto o ângulo será uma função do tamanho e configuração dos orifícios, um ângulo de cerca de 90° a 150° deve ser suficiente. A abertura dos orifícios de derivação em paralelo cria um mínimo eficaz de volume varrido e minimiza o trabalho desperdiçado pelo compressor. Como representado, o gás de trabalho inicia o seu percurso para o orifício de descarga entrando pelas extremidades da esquerda e da direita entre as espirais fixa e móvel. Como o gás trabalha no seu percurso para o centro, o primeiro par de orifícios de derivação em paralelo é aberto para reduzir o volume varrido efectivo como desejado e, além disso, tem lugar a compressão adicional à medida que o gás se move para mais perto do centro. Quando existe orifícios de derivação em paralelo adicionais, os mesmos são abertos sequencialmente para reduzir de novo o volume varrido. É aberto um orifício de derivação em paralelo quando a ranhura correspondente na válvula está alinhada em relação ao orifício, para proporcionar uma passagem para o gás recirculado através do orifício e a ranhura fora da extremidade aberta da válvula cilíndrica e através de uma purga para a câmara de baixa pressão, como indicado por setas na Fig. 2.

Pode ser agora apreciado que foi apresentada uma válvula de controlo para modulação da saída de um compressor em espiral. O compressor tem uma espiral fixa, que inclui um primeiro par de orifícios de derivação em paralelo e de orifícios de descarga, e uma espiral móvel. A válvula é rotativa e oca com uma parede de válvula cilíndrica. Um primeiro par das ranhuras na parede da válvula são alinháveis de modo controlável em relação a um par de orifícios de derivação em paralelo, para purgar o fluido e modular o volume de fluido a ser comprimido. A válvula tem extremidades abertas, que proporcionam uma passagem para o fluido purgado. A válvula de controlo tem porções de extremidade com dimensões de diâmetro iguais e uma porção média entre as porções de extremidade com dimensões de diâmetro menores do que as porções de extremidade, de modo a que a porção média e a espiral fixa formam uma passagem para o fluido que sai do orifício de descarga. A espiral fixa tem um segundo par de orifícios de derivação em paralelo posicionados dentro do primeiro par de orifícios de derivação em paralelo e a parede da válvula tem um segundo par de ranhuras alinháveis de forma controlável em relação a um segundo par de orifícios de derivação em paralelo,

85 591 ΕΡ Ο 777 0527ΡΤ 7 para purgar sequencialmente o fluido e, desse modo, modular a capacidade volumétrica de compressor. A válvula rotativa cilíndrica controla a capacidade de bombagem do compressor em espiral. O controlo é conseguido, colocando uma série de orifícios de derivação em paralelo através da base da espiral fixa. Os orifícios permitem ao gás escoar-se a partir da câmara de compressão, através da válvula de controlo, para a câmara de baixa pressão. O escoamento e sequência dos orifícios é controlado pela rotação da válvula, passando pelos orifícios. À medida que são descobertos os orifícios de derivação em paralelo, o gás parcialmente comprimido da câmara de trabalho é descarregado para a câmara de baixa pressão, reduzindo, desse modo, a saída da bomba. Através da abertura progressiva de vários conjuntos de orifícios desde os andares de compressão anteriores até à compressão final, a capacidade do compressor é reduzida com um mínimo de trabalho desperdiçado. Os orifícios de derivação em paralelo podem situar-se num único eixo se for onde existe o equilíbrio termodinâmico. As posições dos orifícios de derivação em paralelo são determinadas por estudo do ciclo do compressão e pela colocação dos pares de orifícios de derivação em paralelo termodinamicamente simétricos no ciclo de compressão, em pontos de igual pressão e temperatura. A válvula rotativa tubular de controlo está posicionada perto da superfície de trabalho da espiral fixa para modular a capacidade do compressor, quando as ranhuras e orifícios de derivação em paralelo se intersectam para purgar o refrigerante. Os orifícios de derivação em paralelo têm de intersectar a válvula rotativa, a fim de se ligarem às ranhuras na válvula. A válvula de controlo rotativa elimina a realização de ciclos de embraiagem. Os pares múltiplos de orifícios de derivação em paralelo podem ser controlados, utilizando um único conjunto de válvula reduzindo desse modo o número de peças. Os orifícios de derivação em paralelo criam menos volume não varrido para aumentar, desse modo, a eficiência. A válvula rotativa pode tornar sequenciar a abertura dos orifícios de derivação em paralelo comutando efectivamente andares posteriores de compressão, de onde resulta menos trabalho desperdiçado.

Embora o invento tenha sido descrito com referência particular a um sistema de ar condicionado para um veículo, é evidente que o compressor em espiral incluindo uma válvula rotativa de controlo é facilmente adaptado a outros sistemas de ar condicionado ou refrigeração. Como é evidente da descrição anterior, certos 8 85 591 ΕΡ Ο 777 0527ΡΤ aspectos do invento não ficam limitados aos pormenores particulares dos exemplos representados e é, por conseguinte, contemplado que outras modificações e aplicações ocorrerão aos técnicos da especialidade. Por exemplo, existem outros métodos de rotação da válvula de controlo além dos referidos acima. Também, um componente sólido com ranhuras ao longo do seu exterior para purgar o gás podia substituir a válvula de controlo oca.

Lisboa, i.:, «y 2001

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\ Eng.° ANTÓNiO JOÃO \ DA CUNHA FERREJRA | Ag. 0|. Pr. Ind. Rua das Flores, 74--4.° J200-t95 LiSBOA

Claims

85 591 ΕΡ Ο 777 0527ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Compressor em espiral, tendo uma certa capacidade de fluido e um ciclo de compressão, que compreende: um alojamento (12); uma espiral fixa (18), montada no dito alojamento (12) e tendo um orifício de descarga central (22), e um primeiro par de orifícios de derivação em paralelo (24, 26), estando o dito par de orifícios de derivação em paralelo (24, 26) localizado em pontos termodinamicamente simétricos no dito ciclo de compressão em relação ao dito orifício de descarga (22); e uma espiral móvel (36), montada no dito alojamento (12) e engrenada na dita espiral fixa (18) para reter um fluido entre as ditas espirais fixa e móvel; caracterizado por compreender: uma válvula de controlo rotativa, oca e cilíndrica (38), tendo uma parede de válvula, que tem um primeiro par de ranhuras (44, 46) de alinhamento controlável em relação ao dito par de orifícios de derivação em paralelo (24, 26), para purgar o dito fluido retido e modular a dita capacidade de fluido do dito compressor em espiral.
2 - Compressor em espiral de acordo com a reivindicação 1, em que a dita válvula de controlo (38) tem primeira e segunda porções de extremidade com dimensões de diâmetro iguais e uma porção média entre as ditas primeira e segunda porções de extremidade, formando a dita porção média e a dita espiral fixa (18) uma passagem para fluido que sai do dito orifício de descarga (22).
3 - Compressor em espiral de acordo com a reivindicação 1 ou 2, que inclui: um segundo par de orifícios de derivação em paralelo (28 e 30). posicionados dentro do dito primeiro par de orifícios de derivação em paralelo (24 e 26); e um segundo par de ranhuras (48 e 50) na dita parede da válvula, alinháveis de modo controlável em relação ao dito segundo par de orifícios de derivação em 85 591 ΕΡ Ο 777 0527ΡΤ 2/2 paralelo (28 e 30), para purgar o dito fluido retido e modular a dita capacidade de fluido do dito compressor em espiral.
4 - Compressor em espiral de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, que inclui: uma câmara de baixa pressão (14) no dito alojamento (12), proporcionando a dita válvula de controlo oca e cilíndrica (38), que tem as extremidades abertas (40 e 42), uma passagem para o fluido purgado se deslocar para a dita câmara de baixa pressão (14). Lisboa,

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