Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um circuito modular de comutação de velocidade para compressor, em especial, para compressores providos de múltiplos pólos e passíveis de diversos fechamentos entre seus pólos.

Fundamentos da Invenção e Descrição do Estado da Técnica

Segundo a literatura especializada, compressores compreendem equipamentos eletromecânicos capazes de alterar a pressão (e temperatura) de fluídos gasosos. De for- ma geral, os compressores são industrialmente confeccionados e utilizados em diversas aplicações. Dentre estas aplicações, é comum notar o emprego de compressores em sistemas de refrigeração.

Nesta aplicação, um compressor é responsável pela compressão do fluido refrigerante, de modo a aquecê-lo e empurrá-lo para a serpentina, onde dito fluido refrigerante otimiza a troca de calor entre uma câmara refirgerada eo meio externo.

Portanto, é correto verificar que, em sistemas de refrigeração, um compressor integra um circuito pneumático/hidráulico fechado basicamente composto por pelo menos uma câmara refrigerada, um condensador, um evaporador e um dispositivo de expansão. O funcionamento de um compressor pode variar de acordo com as necessidades do sistema de refrigeração, sendo assim, a atuação do compressor pode ser constante ou cíclica.

Em sistemas de refigeração comuns, como por exemplo um sistema de refrigeração instalado em um refrigerador vertical residencial, a atuação do compressor é cíclica e binária, isto é, o compressor permanece parte do tempo ligado (ciclo de refrigeração) e parte do tempo desligado (ciclo de repouso). A alternância entre estes dois estados (on/off) é baseada na temperatura da câmara refrigerada, isto é, um compressor integrado a um sistema de refrigeração é acionado por um termostato (ou equivalente) normalmente disposto no interior da câmara rfrigerada. Por vezes, é utilizado um circuito elétrico entre o termostato e o compressor.

Sendo assim, observa-se que um sistema de refrigeração convencional, em virtude do funcionamento cíclico e binário de seu compressor, gera apenas ciclos de temperaturas "altas" e ciclos de temperaturas "baixas", não existindo ciclos intermediários entre estes extremos. Desta forma, observa-se que o ciclo de refrigeração (compressor ligado) necessita ser extremamente longo devido ao grande gradiente de temperatura gerado durante um ciclo de repouso (compressor desligado). Notadamente, longos ciclos de refrigeração (compressor ligado) resultam em grandes consumos de energia elétrica.

Logo, além de apresentar limitações funcionais, nota-se que estes sistemas apresentam alto consumo de energia elétrica, consumo este referente ao tempo em que o compressor deve permanecer ligado para manter a temperatura de trabalho da câmara refrigerada.

Objetivando melhorar os convencionais sistemas de refrigeração, foram projetados novos circuitos pneumáticos/hidráulicos fechados onde os compressores convencionais foram substituídos por compressores de capacidade variável (tecnicamente conhecidos como compressores VCC).

Como é de conhecimentos dos especialistas versados no assunto, os compressores VCC possuem múltiplas velocidades de operação, as quais são diretamente relacionadas às tensões de alimentação impostas aos citados compressores VCC. Convencional- mente, o gerenciamento da tensão de alimentação de um compressor VCC é realizado por um módulo eletrônico dedicado especialmente a esta função.

Um vez introduzidos em sistemas de refirgeração, um compressor VCC pode possibilitar, inclusive, a manutenção de temperaturas específicas (através de sistemas de controle integral diferencial em tempo real). Desta forma, os compressores VCC capazes de gerar múltiplos ciclos intermediários entre os ciclos de refrigeração e repouso, melhorando, consequentemente, o tempo de redução de temperatura e o consumo elétrico.

Muito embora sistemas de refrigeração baseados em compressores de velocidade variável sejam mais eficientes do que sistemas de refrigeração baseados em compressores convencionais, resta observar que estes (sistemas de refrigeração baseados em compres- sores de velocidade variável) necessitam de hardware e software especializados, ambos de alto custo de fabricação, instalação e manutenção. Isto faz com o produto final (refrigeradores verticais e similares) tenha um mercado específico, não sendo destinado às classes de menor poder aquisitivo.

Entre estes extremos tecnológicos, nota-se ainda a existência de compressores de tecnologia intermediária, isto é, os compressores providos de múltiplos pólos.

Um compressor provido de múltiplos pólos é capaz de atuar em níveis distintos de velocidades, sendo estes níveis definidos de acordo com o fechamento entre os terminais (consequentemente, entre as bobinas elétricas) do compressor. Evidentemente, cada nível de velocidade resulta em um consumo especifico de energia elétrica.

Sistemas de refrigeração baseados em compressores providos de múltiplos pólos possuem boa eficácia térmica e bom consumo elétrico, sob baixo custo produtivo.

Um compressor provido de múltiplos pólos, em sua operação convencional, pode ser comutado (on/off) conforme um valor de temperatura ajustado pelo usuário (seja em um núcleo eletrônico de controle, seja em um termostato convencional).

O atual estado da técnica prevê a comum utilização de compressores 4/2 pólos, isto é, compressores de duas velocidades, em sistemas de refrigeração.

A utilização de compressores de duas velocidades em sistemas de refrigeração permite, por exemplo, baixar a temperatura da câmara refrigerada de modo mais rápido (velocidade máxima e maior consumo de energia), além de manter a temperatura da câmara refrigerada em um nível intermediário (velocidade mínima e menor consumo de energia). Cabe ainda salientar que esta tecnologia permite utilizar um compressor de menor capaci- dade de refrigeração eficiência energética.

Normalmente, o controle de velocidade de um compressor de duas velocidades é realizado por um circuito eletrônico microprocessado. Embora este circuito eletrônico mi- croprocessado seja relativamente simples, resta evidenciar que seu custo de produção e manutenção ainda é indesejavelmente alto no que se refere à produção em larga escala (para produtos destinados às classes de menor poder aquisitivo).

Isto é, apesar do compressor de duas velocidades ser uma solução economicamente justificável (frente aos compressores de velocidade variável), ainda é preciso reduzir o custo de sua implementação aplicá-lo em produtos mais baratos, como, por exemplo, em eletrodomésticos de categorias menos sofisticadas.

Com base em todo o contexto acima explanado, resta evidente observar a necessidade de desenvolvimento de uma solução e/ou tecnologia capaz de agregar a possibilidade de comutação e/ou controle de compressores de duas (ou múltiplas velocidades) e baixos custos produtivos.

Objetivos da Invenção

Portanto, é um dos objetivos desta invenção apresentar um circuito modular de comutação de velocidade para compressor que substitua o módulo microprocessado empregado atualmente.

É outro objetivo da presente invenção revelar um circuito que possa ser introduzido no circuito elétrico principal e já existente de um sistema de refrigeração, sem que este circuito elétrico principal e já existente tenha que ser alterado.

Conseqúentemente, é outro objetivo da presente invenção criar um sistema de refrigeração baseado em compressores providos de múltiplos pólos, com baixo custo fabril e operacional.

Sumário da Invenção

Os objetivos da presente invenção são totalmente alcançados por meio do circuito modular de comutação de velocidade para compressor, ora revelado.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor compreende pelo menos três comutadores de contatos elétricos de acionamento elétrico (preferencialmente, relés eletrônicos) associados entre si e responsáveis pela seleção dos pólos do compres- sor.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é montado em uma estrutura individual (preferencialmente, em placa de circuito impresso). O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é preferencialmente associado à pelo menos uma placa eletrônica já existente associada ao funcionamento do sistema que o compressor integra (preferencialmente, um sistema de refrigeração.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é eletricamente conectado entre o compressor e uma fonte de alimentação elétrica, conformando uma malha fechada.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor atua com base em sinais de comando externos (dentre os quais são previstos: sinais de comando de ter- mostatos e similares, sinais de comando de núcleos microprocessados ou similares, e sinais de comando de sistemas fechados de controle de temperatura).

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor é fisicamente instalado no interior da caixa proteção elétrica ("relay cover") do compressor.

Descrição Resumida dos Desenhos

Afigura mostra:

Figura 1 - ilustra o digrama funcional do circuito modular de comutação de velocidade para compressor (configuração preferencial), em estado "desligado";

Figura 2 - ilustra o digrama funcional do circuito modular de comutação de velocidade para compressor (configuração preferencial), em "baixa velocidade"; e

Figura 3 - ilustra o digrama funcional do circuito modular de comutação de velocidade para compressor (configuração preferencial), em "alta velocidade".

Descrição Detalhada da Invenção

As figuras 1 , 2 e 3 ilustram a configuração preferencial, porém não limitativa da presente invenção. Nesta configuração preferencial é utilizado um compressor 1 de duas velocidades funcionais (2/4 pólos). O compressor 1 é basicamente integrado por um primeiro núcleo de indução 11 , por um segundo núcleo de indução 12 e por um terceiro núcleo de indução 13. Os núcleos de indução 11 , 12 e 13 são associados entre si de modo a conformar quatro terminais distintos "A", "B", "C" e "D" (ou quatro pólos). O terminal "A" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 11 ; O terminal "B" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 12; O terminal "C" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 13; O terminal "D" consiste em um terminal comum entre os núcleos de indução 11 , 12 e 13.

O circuito modular de comutação de velocidade para compressor, doravante referenciado apenas como circuito 2, é especialmente adequado à configuração preferencial ora descrita, ou seja, é especialmente adequado a um compressor de duas velocidades (compressor 4/2 pólos).

De acordo com a concretização preferencial da presente invenção, o circuito 2 é fundamentalmente integrado por três relés eletrônicos 3, 4 e 5, o quais prevêem, respectivamente, um terminal de entrada de sinal de comando 31 , 41 e 51 , um terminal "comum" 32, 42 e 52, um terminal "normal fechado" 33, 43 e 53 e um terminal "normal aberto" 34, 44 e 54.

O circuito 2 é montado em uma estrutura individual 8, a qual compreende preferencialmente um placa de circuito impresso.

A comutação de cada contato elétrico interno de cada um dos relés eletrônicos 3, 4 e 5 ocorre quando seus respectivos terminais de entrada de sinal de comando 31 , 41 e 51 são eletricamente alimentados. Estes sinais de comando são externos e preferencialmente oriundos de termostatos e similares, núcleos microprocessados ou similares e sistemas fechados de controle de temperatura (no caso de sistemas de refrigeração).

O circuito 2 é eletricamente conectado entre o compressor 1 e uma fonte de alimentação elétrica 6, de modo a conformar uma malha fechada.

Nesta malha fechada, uma das fases da fonte de alimentação elétrica 6 é conec- tada ao terminal "comum" 42 do relê eletrônico 4; O terminal "normal aberto" 44 do relê ele- trônico 4 é conectado ao terminal "comum" 52 do relê eletrônico 5; O terminal "normal fechado" 53 do relê eletrônico 5 é diretamente conectado ao terminal "A" do compressor 1 ; O terminal "normal aberto" 54 do relê eletrônico 5 é conectado ao terminal "comum" 32 do relê eletrônico 3; O terminal "normal aberto" 34 do relê eletrônico 3 é conectado ao terminal "B" do compressor 1 ; O terminal "C" do compressor 1 é diretamente conectado ao terminal "B" do compressor 1 . O terminal "D" do compressor 1 é conectado à fase da fonte de alimentação elétrica 6. Nota-se ainda que o terminal de entrada de sinal de comando 31 do relê eletrônico 3 é diretamente conectado ao terminal "normal fechado" 53 do relê eletrônico 5.

Opcionalmente, é previsto também um circuito de partida 7, o qual é eletricamente conectado aos terminais "B" e "C" do compressor 1. Preferencialmente, o circuito de partida 7 é composto por elementos reativos capacitivos e uma chave elétrica (não ilustrados), a qual tem seu acionamento vinculado à comutação de "estado" do relê eletrônico 3. O circuito de partida 7, como a própria referência induz, tem por objetivo auxiliar o acionamento dos núcleos de indução 12 e 13 existentes entre os terminais "B" e "C" do compressor 1.

O funcionamento do circuito 2, cujo objetivo consiste no seleção das velocidades do compressor 1 , é simples.

Em linhas gerais, o relê eletrônico 4 é responsável pelo on/off do compressor 1 , enquanto o relê eletrônico 5 é responsável pela seleção entre as velocidades do compressor 1 (através da energização de determinados pólos do mesmo). O relê eletrônico 3 é dire- tamente relacionado à troca de "estado" dos terminais do relê eletrônico 5, portanto, pode- se dizer que a comutação do relê eletrônico 3 é indiretamente realizada pelo relê eletrônico Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes