BR0300832B1 - gabinete de refrigerador isolado a vÁcuo, e, mÉtodo para evacuar um recipiente substancialmente estanque a gÁs. - Google Patents

Description

"GABINETE DE REFRIGERADOR ISOLADO A VÁCUO, E, MÉTODOPARA EVACUAR UM RECIPIENTE SUBSTANCIALMENTEESTANQUE A GÁS"

A presente invenção relaciona-se a um gabinete derefrigerador isolado a vácuo, compreendendo um recipiente substancialmenteestanque a gás, que é preenchido com o núcleo substancialmente poroso, e umrecipiente de armazenagem de gás que se comunica com o citado recipiente eé preenchido com um material adsorvente de gás. Um gabinete de refrigeradorisolado a vácuo desta espécie é descrito por EP-A-860669.

Com o termo "refrigerador" designamos toda espécie deaplicação doméstica na qual a temperatura interna é mais baixa que atemperatura ambiente, isto é, refrigeradores domésticos, refrigeradoresverticais, câmara frigorífera ou similar.

As boas capacidades de isolamento de diferentes materiais deisolamento a vácuo (baseados em fibra, espuma ou pó) são bem conhecidasno campo de refrigeração e tem sido melhoradas significativamente na últimadécada. Apesar destes melhoramentos e a crescente demanda de consumoreduzido de eletricidade, uma produção industrial de refrigeradores isolados avácuo para uso privado doméstico ainda não começou, embora a maior partedo trabalho de investimento tenha sido investida.

O problema principal é manter o vácuo por períodos de 10-15anos (vida usual de uma aplicação doméstica) sem aumentar demais o custode produção do produto. Enquanto o método tradicional, que consiste emsoldar estruturas "estanque a vácuo" (a maior parte de aço inoxidável), émuito dispendioso (no processo e especialmente nos aspectos de custo dematerial), os gabinetes de refrigerador produzidos com o sistema mais efetivoem custo fazem uso de revestimentos de plástico (com ou sem recobrimentosanti-difusão) possui um tempo de vida limitado e portanto, ainda não estão emprodução. A solução descrita em EP-A-860669 acima mencionado nãogarante níveis de baixa pressão no recipiente estanque a gás por toda a vida dorefrigerador. A solução alternativa de prover um refrigerador com uma bombade vácuo funcionando quase que continuamente, conforme mostrado em EP-A-5 87546, aumenta demais o consumo global de energia do refrigerador (emoutras palavras, o que é economizado em termos de diminuição datransferência de calor através da parede do refrigerador é perdido nofuncionamento da bomba de vácuo). Tal meio conhecido de manter um vácuona parede de um gabinete de refrigerador usa uma bomba para recuperarperiodicamente o vácuo requerido, que pode ser degradado por gases e vapord'água permeados. Bombas mecânicas pequenas, de baixo custo não serãocapazes de alcançar os níveis de vácuo requeridos para obter valores deisolamento aceitáveis. Bombas mecânicas pequenas de baixo custo podemevacuar até uma faixa de 20 a 200 mbar realmente rapidamente. Entretanto, amaioria dos enchimentos de isolamento a vácuo requer vácuo abaixo destafaixa. Alguns enchimentos de espuma em células requerem um vácuo abaixode 0,1 mbar, para atingir o tipo de condutividades térmicas desejadas.

Um objeto desta invenção é prover um gabinete derefrigerador do tipo acima que mantém amplamente o nível de baixa pressãoe, portanto, o desempenho de isolamento de estruturas de metal, porém comuma significativa redução do custo global da aplicação. Ainda mais, tais bonsresultados são obtidos com um decréscimo do consumo global de energia daaplicação.

A presente invenção, conforme descrita nas reivindicaçõesanexas, descreve como manter a baixa pressão e estanqueidade ao vácuo comum projeto adequado e método de evacuação de custo efetivo.

De acordo com a presente invenção, um gabinete isolado avácuo para um refrigerador pode cortar significativamente custos de energia.De acordo com uma primeira realização da presente invenção, um projeto deum novo sistema de evacuação é provido, o qual pode atingir os níveisdesejados de vácuo, sem gastar energia excessiva. Para alcançar as pressõesmais baixas, tal realização usa um estágio de adsorsão onde um recipiente dearmazenagem de gás é usado, o qual é conectado, de um lado, ao isolamentoe, do outro lado, à atmosfera. Meios de válvula automáticos são providos, os quais podem fechar/abrir a passagem entre o estágio de adsorsão e oisolamento, e entre o estágio de adsorsão e a atmosfera, respectivamente, deacordo com um ciclo predeterminado.

De acordo com uma segunda realização da invenção, umsistema de evacuação de estágio múltiplo é usado, onde uma porção do sistema de evacuação a jusante do recipiente de armazenagem de gás pode serum estágio mecânico ou um segundo estágio de adsorsão auxiliado. Noprimeiro caso, o estágio de adsorsão é conectado em série com uma bombamecânica, de tal modo que os dois podem desenvolver o vácuo requerido emum método aditivo. E vantajoso conectar o recipiente de armazenagem de gás imediatamente ao enchimento de isolamento. Deste modo, o estágio deadsorsão "bombeará" o enchimento de isolamento quase continuamente e nãorequererá energia adicional. O ciclo do estágio de adsorsão é completadoaquecendo-o até uma temperatura em que este produz uma pressão abaixo dapressão de tomada de entrada mínima utilizável da bomba mecânica. Orecipiente de armazenagem de gás do estágio de adsorsão pode ser tão simplesquanto um cilíndrico preenchido com absorventes físicos, tais como peneirasmoleculares, sílica gel, carbono ativo, aluminas, silicatos de alumínio e outrosabsorventes do mesmo tipo.

O estágio de bombas mecânicas começará bombeando quandoa pressão do estágio de adsorsão aquecido alcança a pressão de entradamínimo utilizável da bomba mecânica. A bomba mecânica evacuará o estágiode adsorsão para remover a maior parte do gás (ar, vapor d'água, etc.) que foipreviamente adsorvido pelo recipiente de armazenagem de gás. O gabinete derefrigerador será projetado de tal modo que o estágio de bombeamentomecânico será raramente usado, de modo a usar tão pouca energia quantopossível.

Quando um segundo estágio de adsorsão é usado ao invés dabomba de vácuo mecânica, ambas as porções do sistema de evacuação sãoestágios de adsorsão físicos em série. Juntamente com materiais adsorventesnos recipientes de armazenagem de gás em que o estágio deadsorsão/dessorção é realizado, é possível usar adsorventes químicos taiscomo CaO (usado para adsorver água). Estes adsorventes químicos podem sermisturados com adsorventes físicos para adsorver gases residuais (vapor d'água, hidrogênio). Mesmo se a sorção em absorvedores de gás épraticamente irreversível, entretanto, seu uso pode garantir um melhordesempenho em termos do nível de vácuo dentro do recipiente estanque a gás.

A invenção será agora explicada em maior detalhe comreferência aos desenhos que mostram:

- Figura 1 é uma vista esquemática de uma porção de umgabinete de refrigerador isolado a vácuo, de acordo com uma primeirarealização da presente invenção;

- Figura 2 é uma vista similar à Figura 1, que mostra umasegunda realização da presente invenção; e

- Figura 3 é uma vista similar à Figura 2 que mostra umaversão diferente da segunda realização da presente invenção.

Com referência à Figura 1, um gabinete de refrigeradorcompreende uma parede dupla isolada 10, compreendendo duas paredesrelativamente impenetráveis a gás IOa e 10b, preenchidas com um material de isolamento 12 que pode ser evacuado. O material de isolamento 12 pode serum pó inorgânico tal como sílica e alumina, fibras inorgânicas e orgânicas,um objeto de espuma de injeção de estrutura de célula aberta ou semi aberta,tal como espuma de poliuretano, ou uma espuma de poliestireno de célulaaberta que é extrusada como um painel e montada no gabinete. O material deisolamento 12 é conectado a um recipiente de armazenagem de gás 14 no qualum estágio de adsorsão é executado. As válvulas de isolamento 18 e 20 serãocolocadas entre o gabinete e o estágio de adsorsão 14 e entre o estágio deadsorsão 14 e a atmosfera, respectivamente. Durante a maior parte do tempode operação do refrigerador, somente a válvula 18 permanecerá aberta, nosentido de evacuar continuamente o isolamento do gabinete 12. Quando odesempenho do isolamento é mais baixo que o nível predeterminado (medidopor exemplo, através de uma medida/avaliação da condutividade térmica,pressão ou "tempo de abaixamento", isto é, o tempo no qual a temperaturadentro do gabinete de refrigerador diminui ou aumenta até um valorpredeterminado em seguida ao desligamento ou ligamento do compressor,respectivamente), o que indica que sua pressão é alta demais, a válvula 18fecha e o aquecedor 24 para o estágio de adsorsão 14 é ativada. Quando apressão interior do estágio de adsorsão aquecido 14 ultrapassa a pressãoatmosférica, a válvula 20 é aberta. O aquecimento continua até que tenharetirado a maior parte do ar adsorvido e vapor d'água do estágio de adsorsão14. Neste ponto, a válvula 20 se fecha, o aquecedor 24 do estágio de adsorsão14 é ligado e a válvula 18 é reaberta. O ciclo então reinicia quando o nível devácuo na parede dupla 10 não é mais satisfatório em termos de propriedadesde isolamento.

De acordo com uma segunda realização da invenção (mostradana Figura 2), na qual os mesmos numerais de referência da Figura lsãousados para indicar elementos idênticos ou similares, o recipiente dearmazenagem de gás 14 é também conectado a uma bomba de vácuomecânica 16 que é controlada pelo controle eletrônico do refrigerador (não mostrado).

Nesta realização, a válvula de isolamento 20 é colocada entre oestágio de adsorsão 14 e o estágio da bomba mecânica 16 e a atmosfera doambiente. Durante a maior parte do tempo de operação do refrigerador,somente a válvula 18 permanecerá aberta, no sentido de evacuarcontinuamente o isolamento do gabinete 12.

Quando o isolamento alcança um baixo desempenho emtermos de condutividade térmica, o que indica que sua pressão é alta demais,a válvula 18 fecha e o aquecedor 24 para o estágio de adsorsão 14 é ativado.

Quando a pressão interior do estágio de adsorsão 14 alcança o ponto em que abomba de vácuo mecânica 16 pode evacuá-la, então a válvula 20 é aberta e abomba de vácuo 16 é ativada. A bomba de vácuo 16 continua até que tenhaexaurido a maior parte do ar adsorvido, vapor d'água e outros gases a partirdo estágio de adsorsão 14. Neste ponto, o estágio de adsorsão 14 é desligado,a válvula 20 fecha, a bomba é parada e a válvula 18 é reaberta. O ciclo entãoreinicia quando o nível de condutividade térmica na parede 10 é maior queum valor predeterminado. Todas as válvulas 18, 20 e 22 juntamente com omotor da bomba de vácuo 16 são conectados à unidade de controle eletrônicodo refrigerador, que é também conectada a um sensor (não mostrado) paradetectar quando o ciclo tem que ser reiniciado. O arranjo da bomba de vácuo16 a jusante do estágio de adsorsão 14 não requer o uso de bombas especiaispara faixas de pressão de operação muito baixas, reduzindo, portanto, o custototal da aplicação.

De acordo com uma versão diferente da segunda realização,conforme mostrado na Figura 3, as vantagens de dois estágios em série sãoobtidas sem o uso de uma bomba de vácuo. Como fato, é bem conhecido queestas pequenas bombas de vácuo são propensas a falha e podem ser realmenteruidosas. A realização mostrada na Figura 3 da presente invenção faz uso desistema de evacuação de dois estágios físico-químicos que pode alcançar osníveis desejados de vácuo sem as desvantagens de bombas mecânicas.

Com referência à Figura 3 (onde os mesmos numerais dereferência da Figura 2 são usados para indicar componentes idênticos ousimilares), a bomba de vácuo mecânica a jusante do recipiente dearmazenagem de gás 14 é substituída por um recipiente de armazenagem degás auxiliar 26 preenchido com adsorvente físico. A função do sistema érealmente similar a primeira realização, onde dois estágios de adsorsão sãoconectados em série, ao invés de somente um estágio. Ar, vapor d'água eoutros gases são primeiramente absorvidos a baixas pressões no recipiente dearmazenagem de gás 14 e então intermitentemente evacuados no recipiente dearmazenagem de gás auxiliar similar 26, que opera em uma faixa de pressãomais alta e pode ser facilmente exaurido até a pressão atmosférica. Avantagem deste sistema, comparado à primeira realização na qual somente umestágio de adsorsão é usado, é que temperaturas muito mais baixas podem serusadas para regeneração do material adsorvente. Também nesta realização,válvulas de isolamento são colocadas entre o gabinete e o estágio de adsorsão14 (válvula 18), entre o estágio de adsorsão 14 e o estágio de adsorsãoauxiliar 26 (válvula 20), e entre o estágio de adsorsão auxiliar 26 e aatmosfera ambiente (válvula 22a). A válvula 22a é necessária para evitar re-adsorsão do ar e umidade do ambiente, quando o aquecedor 28 é desligado e orecipiente de armazenagem de gás ou absorvedor 26 é deixado esfriar.Durante a maior parte do tempo de operação do refrigerador a válvula 18permanecerá aberta, no sentido de evacuar continuamente o isolamento dogabinete. Quando o isolamento 12 atinge uma condutividade térmica, queindica que sua pressão é alta demais, a válvula 12 fecha e o aquecedor 24 parao estágio de adsorsão 14 é ativado. Quando a pressão interna do estágio deadsorsão 14 alcança o ponto em que o estágio de adsorsão auxiliar 26 podeevacuá-la, então a válvula 20 é aberta. O estágio de adsorsão auxiliar 26 friocontinua até ter retirado a maior parte do ar e vapor d'água do estágio deadsorsão 14 aquecido. Neste ponto, o aquecedor 24 do estágio de adsorsão 14é desligado, a válvula 20 fecha e a válvula 18 é reaberta. O ciclo continuaabrindo a válvula 22a, aquecendo o estágio de adsorsão auxiliar 26 por meiode um aquecedor 28, até que seja retirado o ar, vapor d'água e outros gasesresiduais através da válvula 22a. A válvula 22a é então fechada para evitar re-adsorsão do ar e vapor d'água da atmosfera.

Naturalmente seria possível usar mais de dois estágios deadsorsão arranjados em série, estas soluções estando dentro do escopo dapresente invenção.

Claims (10)

1. Gabinete de refrigerador isolado a vácuo compreendendoum recipiente substancialmente estanque a gás (10) que é preenchido com umnúcleo substancialmente poroso (12) e um recipiente de armazenagem de gás(14) que se comunica com citado recipiente (10) e é preenchido com ummaterial adsorvente de gás, caracterizado pelo fato de que, entre o recipiente(10) e o recipiente de armazenagem de gás (14) é provido meio de válvula(18) adaptado para fechar a comunicação entre o recipiente (10) e o recipientede armazenagem de gás (14), e no qual o meio de aquecimento (24, 28) éprovido para aquecer o recipiente de armazenagem de gás (14) no sentido deevacuar os gases quando tal meio de válvula (18) é fechado.

2. Gabinete de refrigerador isolado a vácuo de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o recipiente de armazenagemde gás (14) se comunica, através do segundo meio de válvula (20), com umabomba de vácuo (16) adaptada para auxiliar na evacuação do recipiente dearmazenagem de gás (14).

3. Gabinete de refrigerador isolado a vácuo de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o recipiente de armazenagemde gás (14) se comunica, através do segundo meio de válvula (20), com umrecipiente de armazenagem de gás auxiliar (26) adaptado para auxiliar naevacuação do recipiente de armazenagem de gás (14).

4. Gabinete de refrigerador isolado a vácuo de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o recipiente de armazenagemde gás auxiliar (26) é provido de meio de aquecimento auxiliar (28).

5. Gabinete de refrigerador isolado a vácuo de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o recipiente de armazenagemde gás auxiliar (26) se comunica com a atmosfera através do terceiro meio deválvula (22a).

6. Gabinete de refrigerador isolado a vácuo de acordo comqualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que omeio de válvula (18), o segundo meio de válvula (20), o terceiro meio deválvula (22a), a bomba de vácuo (16), o meio de aquecimento (24) e o meiode aquecimento auxiliar (28) são todos conectados a uma unidade de processamento central do gabinete de refrigerador, para realizar um ciclopredeterminado.

7. Método para evacuar um recipiente substancialmenteestanque a gás (10) de um gabinete de refrigerador isolado a vácuo que épreenchido com um núcleo substancialmente poroso (12) e se comunica comum recipiente de armazenagem de gás (14) preenchido com um materialadsorvente de gás, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas defechar a comunicação entre o recipiente (10) e o recipiente de armazenagemde gás (14), e aquecer o recipiente de armazenagem de gás (14) no sentido dadessorção de gases a partir do citado recipiente de armazenagem de gás.

8. Método de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente, após a etapa de fechar acomunicação entre o recipiente (10) e o recipiente de armazenagem de gás(14), a etapa de abrir a comunicação entre o recipiente de armazenagem degás (14) e uma bomba de vácuo (16) adaptada para auxiliar na evacuação do recipiente de armazenagem de gás (14).

9. Método de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente, após a etapa de fechar acomunicação entre o recipiente (10) e o recipiente de armazenagem de gás(14), a etapa de abrir a comunicação entre o recipiente de armazenagem de gás (14) e um recipiente de armazenagem de gás auxiliar (26) adaptado paraauxiliar na evacuação do recipiente de armazenagem de gás (14).

10. Método de acordo com reivindicação 9, caracterizado pelofato de que compreende adicionalmente, após a etapa de aquecer o recipientede armazenagem de gás (14), a etapa de fechar a comunicação entre orecipiente de armazenagem de gás (14) e o recipiente de armazenagem de gásauxiliar (26) e a etapa de aquecer tal recipiente de armazenagem de gásauxiliar (26) para dessorção de gases a partir dele.