BR112014018324B1

BR112014018324B1 - Aparelho de refrigeração

Info

Publication number: BR112014018324B1
Application number: BR112014018324-4A
Authority: BR
Inventors: Ian Tansley
Original assignee: The Sure Chill Company Limited
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2022-05-17
Also published as: CN104364592A; JP6211537B2; JP2015512022A; PH12014501668B1; CN104364592B; US10767916B2; GB2514502B; BR112014018324A8; GB2514502A; KR102155595B1; GB201415033D0; EP2807433B1; CN108106295B; WO2013110957A2; CN108106295A; AP2014007819A0; US20140360214A1; KR20140123958A; BR112014018324A2; EP2807433A2

Abstract

aparelho de refrigeração. para resfriar objetos, como alimentos, bebidas ou vacinas, compreende, no mínimo, dois reservatórios, um dispositivo de resfriamento para resfriar o fluido contido em um dos reservatórios e uma área de transferência térmica entre as respectivas áreas superiores dos reservatórios. a área de transferência térmica permite a transferência de calor entre o fluido contido nos reservatórios de modo que o resfriamento do fluido em um reservatório faça com que ocorra o resfriamento do fluido no outro reservatório.

Description

[001] A presente invenção diz respeito a um aparelho de refrigeração. Mais especificamente, mas não exclusivamente, a presente invenção diz respeito a um aparelho de refrigeração para uso no armazenamento e transporte de vacinas, alimentos perecíveis, bebidas embaladas ou semelhantes, e para resfriamento ou controle de temperatura de tais equipamentos como baterias na ausência de uma fonte de energia elétrica confiável. Os aspectos da presente invenção dizem respeito a um aparelho e um método de refrigeração.

Campo Técnico da Invenção

[002] Grande parte da população mundial não tem acesso a um fornecimento consistente e confiável de energia elétrica pela rede de distribuição de energia elétrica. Países subdesenvolvidos ou regiões afastadas das áreas povoadas frequentemente sofrem de racionamento de energia elétrica, muitas vezes implementado mediante “redução de carga”, em consequência de faltas intencionais de energia elétrica ou falhas na rede de distribuição.

[003] O armazenamento de vacinas, alimentos e bebidas em temperaturas adequadas é difícil em tais áreas onde a citada ausência de um fornecimento constante e/ou confiável de energia elétrica limita o amplo uso de equipamentos de refrigeração convencionais. Por exemplo, vacinas devem ser armazenadas dentro de uma estreita faixa de temperaturas entre aproximadamente 2 e 8°C, fora da qual sua viabilidade pode ser comprometida ou eliminada. Problemas semelhantes surgem com o armazenamento de alimentos, especialmente, alimentos perecíveis, e bebidas embaladas como bebidas enlatadas ou engarrafadas.

[004] Para resolver este problema, os requerentes desta patente de invenção já haviam proposto um modelo de aparelho de refrigeração descrito no pedido de patente internacional No. PCT/GB2010/051129, o qual permite que um espaço de armazenamento refrigerado seja mantido dentro de uma faixa de temperaturas de 4- 8°C por até 30 dias após uma interrupção de energia elétrica. O citado aparelho do estado da técnica anterior compreende um espaço de carga útil para vacinas, alimentos, bebidas em recipientes ou qualquer outro item a ser resfriado, sendo que o espaço de carga útil é disposto em uma área inferior de um reservatório de água termicamente isolado. Acima do reservatório e em comunicação fluida com ele encontra-se um espaço livre preenchido com água, contendo um componente de resfriamento ou massa térmica de baixa temperatura, o qual garante o suprimento de água fria ao reservatório.

[005] O citado aparelho do estado da arte anterior conta com uma propriedade conhecida que a água atinge sua densidade máxima a aproximadamente 4°C. Desse modo, a água resfriada até esta temperatura pelo componente de resfriamento ou massa térmica no espaço livre tende a descer no reservatório, acumulando-se na área inferior que circunda o espaço de carga útil, o qual é resfriado mediante a transferência térmica até a temperatura de ou próxima a 4°C.

[006] Os requerentes desta patente de invenção identificaram a necessidade de aperfeiçoar o aparelho mencionado acima, a fim de facilitar embalagem, transporte e eficiência em algumas aplicações. A presente invenção foi concebida com base nesse campo técnico. Outros objetivos e vantagens da presente invenção se tornarão aparentes a partir do seguinte relatório descritivo, reivindicações e desenhos.

Sumário da Invenção

[007] Portanto, os aspectos da presente invenção dizem respeito a um aparelho e um método conforme reivindicado nas reivindicações em anexo.

[008] De acordo com um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho que compreende, no mínimo, um primeiro reservatório de fluido e um segundo reservatório de fluido, um meio de resfriamento para resfriar o fluido contido no primeiro reservatório de fluido, e uma área de transferência térmica disposta entre as respectivas áreas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido, a fim de permitir a transferência térmica entre o fluido contido no primeiro reservatório de fluido e o fluido contido no segundo reservatório de fluido.

[009] De acordo com mais um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho caracterizado por compreender: um primeiro reservatório de fluido e um segundo reservatório de fluido; um meio de resfriamento para resfriar o fluido contido no primeiro reservatório de fluido; e uma área de transferência térmica entre as respectivas áreas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido, sendo que o aparelho permite que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido a uma temperatura abaixo da temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório de fluido suba até a área superior do primeiro reservatório de fluido, e o fluido dentro do segundo reservatório de fluido a uma temperatura acima da temperatura crítica do fluido no segundo reservatório de fluido suba até a área superior do segundo reservatório de fluido, permitindo, desse modo, que ocorra a transferência térmica na área de transferência térmica entre o fluido que subiu no primeiro reservatório de fluido e o fluido que subiu no segundo reservatório de fluido, sendo que o aparelho ainda permite que o fluido à temperatura crítica na área de transferência térmica desça dentro do segundo reservatório de fluido.

[010] De acordo com mais um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho caracterizado por compreender: um primeiro reservatório de fluido e um segundo reservatório de fluido; e uma área de transferência térmica disposta entre as respectivas áreas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido, sendo que o aparelho permite que o meio de resfriamento seja disposto em comunicação térmica com o fluido no espaço livre, a fim de resfriar o citado fluido, sendo que o aparelho permite que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido a uma temperatura abaixo da temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório de fluido suba até a área superior do primeiro reservatório de fluido, e o fluido dentro do segundo reservatório de fluido a uma temperatura acima da temperatura crítica do fluido no segundo reservatório de fluido suba até a área superior do segundo reservatório de fluido, a fim de permitir que ocorra a transferência térmica na área de transferência térmica entre o fluido que subiu no primeiro reservatório de fluido e o fluido que subiu no segundo reservatório de fluido, sendo que o aparelho ainda permite que o fluido à temperatura crítica na área de transferência térmica desça dentro do segundo reservatório de fluido.

[011] Deve-se compreender que por temperatura crítica entende-se uma temperatura em que se observa a densidade máxima de fluido como uma função da temperatura. Desse modo, a densidade do fluido aumenta à medida que sua temperatura sobe em direção à temperatura crítica e então desce à medida que a temperatura sobe acima da temperatura crítica, o que significa que sua densidade é máxima à temperatura crítica. O primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido podem conter o mesmo tipo de fluido (por exemplo, água, uma mistura específica de água/sal ou qualquer outro tipo de fluido que tenha a temperatura crítica conforme definido acima).

[012] Vantajosamente, a temperatura crítica encontra-se na faixa de -100°C a +50°C, mais vantajosamente, na faixa de -50°C a 10°C, mais vantajosamente ainda, na faixa de -20°C a cerca de 8°C, vantajosamente, na faixa de -20°C a 5°C, e mais vantajosamente ainda na faixa de -5°C a 5°C. Outros valores também são úteis.

[013] Assim, o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido contêm um fluido cujo coeficiente de expansão térmica negativo é abaixo da temperatura crítica e cujo coeficiente de expansão térmica positivo é acima da temperatura crítica. Em outras palavras, a densidade do fluido aumenta à medida que sua temperatura sobe em direção à temperatura crítica e então desce à medida que a temperatura sobe acima da temperatura crítica, o que significa que sua densidade é máxima em temperatura crítica.

[014] De acordo com uma modalidade alternativa, somente o primeiro reservatório de fluido contém um fluido que tem a temperatura crítica.

[015] O aparelho pode compreender um meio de resfriamento, de modo opcional, um meio de resfriamento movido a energia elétrica. O meio de resfriamento pode compreender um corpo de fluido solidificado como, por exemplo, um corpo de gelo de água. O corpo de fluido solidificado pode ser contido em uma embalagem vedada como, por exemplo, uma bolsa de gelo. O meio de resfriamento pode conter um trocador de calor através do qual flui um líquido refrigerante como, por exemplo, um líquido de refrigeração, a fim de resfriar o fluido no primeiro reservatório de fluido, por exemplo, à maneira de resfriador onde um tubo espiralado é imerso no fluido para resfriar o fluido mediante o fluxo de gás de refrigeração resfriado através dele. O líquido de refrigeração pode ser um líquido resfriado, por exemplo, água gelada.

[016] Deve-se compreender que a referência à área de transferência térmica como disposta “entre” as respectivas áreas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido não significa que a área de transferência térmica não se estende às áreas superiores do primeiro reservatório de água e do segundo reservatório de água, mas inclui a situação onde a área de transferência térmica se estende a partir de uma área superior do primeiro reservatório de água à área superior do segundo reservatório de água. Deve-se ainda compreender que, em várias modalidades, a área de transferência térmica de fato se estende a partir da área superior do primeiro reservatório de fluido à área superior do segundo reservatório de fluido.

[017] Em uma modalidade da presente invenção, o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido são dispostos lado ao lado.

[018] Os fluidos contidos no primeiro reservatório de fluido e no segundo reservatório de fluido podem ser os mesmos ou diferentes e podem ter as mesmas ou diferentes temperaturas críticas. O fluido pode ser água ou um fluido dotado de propriedades térmicas similares.

[019] De acordo com uma modalidade, o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido são definidos, pelo menos, em parte por um recipiente dotado de um meio em forma de dique que divide o recipiente no citado primeiro reservatório de fluido e no segundo reservatório de fluido. O meio em forma de dique pode ter formato de uma parede ou outra estrutura que se estende para dentro do volume do recipiente, sendo que o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido são definidos pelos respectivos volumes de ambos os lados. O meio em forma de dique pode ser formado de um material com baixa condutividade térmica ou um material isolante.

[020] Em algumas modalidades da presente invenção, o meio em forma de dique tem uma condutividade térmica relativamente alta. Por exemplo, o meio em forma de dique pode ser formado de um material com condutividade térmica relativamente alta como, por exemplo, metal, material metálico revestido de plástico e/ou um material relativamente fino como material plástico relativamente fino. Essa característica permite a transferência térmica entre os fluidos no primeiro reservatório de fluido e no segundo reservatório de fluido através do meio em forma de dique. Essa característica pode permitir o resfriamento mais rápido do fluido no segundo reservatório de fluido quando começa o resfriamento inicial do fluido no primeiro reservatório de fluido.

[021] Em uma modalidade da presente invenção, o meio em forma de dique se estende para cima a partir de uma parede inferior do recipiente em direção a uma parede superior do recipiente. Em uma modalidade da presente invenção, uma extremidade livre do meio em forma de dique está afastada da parede superior do recipiente. A área acima ou adjacente à extremidade livre do meio em forma de dique pode definir a citada área de transferência térmica. O espaçamento entre a extremidade livre do meio em forma de dique e a parede superior pode ser ajustado, diminuindo ou aumentando a área de transferência térmica. Essa característica pode facilitar o controle da temperatura do fluido no segundo reservatório de fluido.

[022] Em uma modalidade da presente invenção, uma extremidade inferior do meio em forma de dique pode estar afastada da parede inferior do recipiente de modo que o fluido passe de um reservatório para o outro. Novamente, em algumas modalidades, o espaçamento pode ser ajustado.

[023] De modo alternativo ou adicional, o meio em forma de dique pode se estender entre a parede superior e a parede inferior do recipiente e incluir uma ou mais aberturas ou fendas em sua área superior. A área em ou adjacente a uma ou mais aberturas ou fendas no meio em forma de dique pode definir a citada área de transferência térmica. Em algumas modalidades, o tamanho de uma ou mais fendas e sua quantidade podem ser ajustados, a fim de permitir o controle da temperatura do fluido no segundo reservatório de fluido.

[024] Por extensão, “entre” significa que o meio em forma de dique é disposto entre a parede superior e a parede inferior e pode encostar ou estar afastado da parede superior e/ou inferior. Desse modo, o meio em forma de dique pode encostar na parede superior, mas não na parede inferior, ou o meio em forma de dique pode ser disposto de modo a encostar tanto na parede superior quanto na parede inferior. De modo alternativo, o meio em forma de dique pode estar afastado tanto da parede superior quanto da parede inferior. De modo similar, o meio em forma de dique pode encostar em ou estar afastado de uma ou ambas as paredes dispostas lateralmente com relação ao meio em forma de dique (ou seja, mais para o lado em vez de para acima ou baixo). Outras configurações também são úteis.

[025] De modo opcional, uma ou mais aberturas ou fendas podem ser dispostas em uma área inferior do meio em forma de dique de modo que o fluido possa passar de um reservatório de fluido para o outro. O tamanho de uma ou mais aberturas ou sua quantidade podem ser ajustados em algumas modalidades.

[026] A área de transferência térmica pode definir uma área de mistura para permitir a mistura de fluidos do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido. De modo alternativo ou adicional, a área de transferência térmica pode definir o caminho do fluxo térmico para permitir o fluxo de calor entre os fluidos contidos nos respectivos primeiro e segundo reservatórios de fluido.

[027] Em uma modalidade da presente invenção, o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido estão em comunicação fluida através da citada área de transferência térmica. Assim, a área de transferência térmica permite que o fluido seja transferido entre o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido.

[028] Em uma modalidade da presente invenção, o aparelho resfria o fluido no primeiro reservatório de fluido até uma temperatura abaixo de sua temperatura crítica, resfriando desse modo o fluido no segundo reservatório de fluido a através da área de transferência térmica.

[029] De modo alternativo, os reservatórios de fluido estão em isolamento fluido um do outro. Nesta modalidade, uma barreira à condução térmica à prova de fluido pode ser disposta entre as áreas superiores dos reservatórios de fluido. Desse modo, a área em ou adjacente à barreira à condução térmica pode definir a citada área de transferência térmica.

[030] Em uma modalidade da presente invenção, uma barreira à condução térmica à prova de fluido pode ser disposta entre as áreas inferiores dos reservatórios de fluido a fim de permitir o fluxo de energia térmica entre os reservatórios de fluido em sua área inferior. A vantagem dessa característica consiste no fato de que ela pode permitir que o segundo reservatório de fluido permaneça a temperaturas mais baixas por períodos de tempo mais longos sob certas circunstâncias.

[031] Por exemplo, caso uma fonte de resfriamento de fluido no primeiro reservatório de fluido como, por exemplo, dispositivo de refrigeração elétrico pare de funcionar, por exemplo, devido à falta de energia elétrica, o líquido no primeiro reservatório de fluido que se encontra a uma temperatura próxima à temperatura crítica pode descer em direção ao fundo do primeiro reservatório. Caso o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório estejam em comunicação térmica em suas áreas inferiores, o citado fluido pode absorver a energia térmica do fluido no segundo reservatório. Caso o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório estejam em comunicação fluida em suas áreas inferiores, o fluido em um ou ambos os reservatórios pode passar de um reservatório para o outro, por exemplo, o fluido mais frio no primeiro reservatório pode passar para o segundo reservatório. O resultado disso é que o fluido no segundo reservatório pode permanecer mais frio por períodos de tempo mais longos em caso de falta de energia. De modo semelhante, caso o primeiro reservatório de fluido seja resfriado por um meio passivo em vez de um meio ativo, como, por exemplo, a introdução de uma bolsa de gelo ou semelhantes, quando o gelo na bolsa de gelo derreter, o fluido no segundo reservatório pode permanecer mais frio por mais tempo.

[032] O meio de resfriamento pode resfriar o fluido em uma área do primeiro reservatório de fluido, que esteja abaixo de sua área superior, até uma temperatura abaixo da temperatura crítica de modo que o fluido no primeiro reservatório de fluido, que está sendo resfriado abaixo da temperatura crítica, suba no primeiro reservatório de fluido em direção à área superior. De modo alternativo ou adicional, o fluido a uma temperatura de ambos os lados da temperatura crítica pode ser deslocado em direção à área superior pelo fluido à temperatura crítica.

[033] Em uma modalidade da presente invenção, o fluido a uma temperatura abaixo da temperatura crítica e deslocado para a área superior do primeiro reservatório de fluido se mistura com o fluido a uma temperatura acima da temperatura crítica. Em uma modalidade da presente invenção, o fluido na área superior do segundo reservatório de fluido é resfriado até a temperatura crítica. Portanto, o fluido na área de mistura à temperatura crítica pode descer dentro da área inferior do segundo reservatório de fluido.

[034] A configuração pode ser feita de modo que o fluido no segundo reservatório de fluido possa ser mantido a uma temperatura substancialmente constante, à ou ao redor da temperatura crítica, por longos períodos de tempo.

[035] O meio de resfriamento pode incluir uma unidade de refrigeração que pode resfriar o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido, e uma unidade de fornecimento de energia que pode servir de fonte de alimentação para a unidade de refrigeração. O fornecimento de energia pode ser um fornecimento de energia solar como, por exemplo, uma pluralidade de células fotovoltaicas, para converter a luz solar em energia elétrica. De modo alternativo ou adicional, pode-se usar a energia da rede elétrica.

[036] Nas modalidades típicas da presente invenção, a unidade de refrigeração inclui um compressor movido a energia elétrica. Porém, unidades de refrigeração que usam outra tecnologia de refrigeração também podem ser usadas, a fim de aumentar a eficácia elétrica da unidade de refrigeração. Um exemplo de tal tecnologia alternativa é o refrigerador do motor Stirling que pode ser operado no modo de acionamento direto solar.

[037] O aparelho pode compreender um sensor disposto para detectar a formação de fluido solidificado; opcionalmente, gelo no primeiro reservatório de fluido. O sensor pode ser um sensor de temperatura.

[038] O sensor pode compreender um sensor de temperatura para detectar quando o líquido no primeiro reservatório de fluido que está em comunicação térmica com o sensor, desce abaixo de um valor prescrito.

[039] Ao detectar a formação de gelo e/ou quando a temperatura do sensor cai abaixo de um valor prescrito, o sensor pode interromper a operação da unidade de refrigeração. O sensor pode ser disposto a uma distância suficiente a partir da área de resfriamento da unidade de refrigeração, a fim de permitir que um volume suficientemente grande de fluido seja resfriado pelo meio de resfriamento até uma temperatura suficientemente baixa antes de interromper a operação da unidade de refrigeração.

[040] Desse modo, nas modalidades da presente invenção em que o meio de resfriamento congela o fluido no primeiro reservatório, a fim de formar um sólido, por exemplo, em forma de gelo, o sensor pode ser disposto a uma distância suficiente de uma área de resfriamento do meio de resfriamento para permitir que um corpo congelado suficientemente grande seja formado. Deve- se compreender que no caso de alguns fluidos como, por exemplo, no caso em que se utiliza água como componente principal do fluido no primeiro reservatório, a temperatura do fluido como função de distância a partir do corpo congelado do fluido pode aumentar relativamente rápido. Por conseguinte, quando o sensor de temperatura detecta uma temperatura próxima ao ponto de congelamento do fluido, pode-se supor em algumas modalidades da presente invenção que o corpo de fluido congelado aumentou o suficiente para entrar em contato com o sensor de temperatura. Desse modo, a medição da temperatura pode ser um método eficaz de detectar a formação de fluido congelado como gelo.

[041] Métodos de detecção de formação de um corpo congelado, diferentes de medições térmicas também podem ser usados. Por exemplo, a interferência de fluido congelado em um dispositivo mecânico como pá rotativa pode ser um meio útil para detectar fluido congelado em algumas modalidades da presente invenção. Além disso, uma alteração no volume do fluido (inclusive fluido congelado) dentro do primeiro e/ou segundo reservatório pode ser uma medição útil da presença de fluido congelado, por exemplo, um aumento no volume, que excede a quantidade prescrita, pode indicar que um volume suficientemente grande de fluido congelado foi formado.

[042] Em algumas modalidades da presente invenção em que a solidificação de fluido não ocorre abaixo da temperatura crítica na faixa de operação do aparelho, o sensor de temperatura pode detectar quando o volume de fluido abaixo de certa temperatura aumentou o suficiente para entrar em contato com o sensor de temperatura, momento em que a operação do meio de resfriamento pode ser interrompida.

[043] Deve-se compreender que, uma vez que a temperatura detectada pelo sensor subiu acima do valor estabelecido, a operação da unidade de refrigeração pode ser retomada. Um tempo de retardo adequado, por exemplo, devido à histerese no sistema de controle pode ser introduzido, a fim de evitar que o meio de resfriamento se ligue e se desligue com uma frequência alta demais.

[044] Conforme discutido acima, em algumas modalidades alternativas da presente invenção, o meio de resfriamento pode incluir uma massa térmica que, para uso e, pelo menos, no início, se encontra a uma temperatura abaixo da temperatura alvo do espaço de carga útil. Isso pode prover um refrigerador que é de construção simples e não tem peças móveis em operação. Por exemplo, a massa térmica pode ser um corpo de gelo de água. Tal configuração pode ser usada por si só (ou seja, sem a unidade de refrigeração) ou em combinação com uma unidade de refrigeração. Em algumas configurações, o meio de resfriamento dispondo de uma combinação de massa térmica fornecida a partir de uma fonte externa ao refrigerador e uma unidade de refrigeração pode resfriar o refrigerador até sua temperatura operacional mais rapidamente do que a unidade de refrigeração sozinha.

[045] Tais modalidades podem incluir um compartimento para receber a massa térmica que está em comunicação térmica com fluido como água no primeiro reservatório de fluido. Por exemplo, o compartimento pode ser adequado para receber gelo ou em forma solta ou dentro de uma embalagem como, por exemplo, uma bolsa de gelo. O compartimento pode ser adequado para receber um refrigerante diferente como dióxido de carbono solidificado (“gelo seco”) ou qualquer outro refrigerante adequado. De modo alternativo, a massa térmica pode ser imersa em fluido dentro do primeiro reservatório de fluido. Neste último caso, a massa térmica pode ser um refrigerante em forma solta ou em forma embalada como, por exemplo, uma bolsa de gelo.

[046] De acordo com outro aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho de refrigeração que compreende um aparelho de acordo com o aspecto anterior e um volume de carga útil para conter um objeto ou item a ser resfriado, disposto em comunicação térmica com o segundo reservatório de fluido.

[047] Em uma modalidade da presente invenção, o volume de carga útil pode compreender uma ou mais prateleiras para acomodar itens ou objetos a serem resfriados. O volume de carga útil pode ter a frente aberta. De modo alternativo, o volume de carga útil pode compreender um fecho como, por exemplo, uma porta para seu isolamento térmico.

[048] De modo alternativo ou adicional, o aparelho pode conter, no mínimo, um receptáculo dentro do qual um artigo como, por exemplo, um recipiente como, por exemplo, um recipiente de bebida, uma fruta ou qualquer outro artigo adequado pode ser colocado para armazenamento à temperatura controlada.

[049] O receptáculo ou cada receptáculo pode compreender um tubo ou bolsa, dotado de uma abertura definida por um orifício disposto em uma parede do reservatório e que se estende para dentro da área de resfriamento para ser submerso nela.

[050] O tubo ou cada tubo ou bolsa pode ser fechado em sua extremidade distal da abertura.

[051] O receptáculo ou cada receptáculo pode ser formado de um material flexível, de modo opcional, de um material flexível resiliente como material elastomérico.

[052] O receptáculo ou cada receptáculo pode afilar-se a partir de sua extremidade proximal à abertura em direção à sua extremidade distal à abertura. De modo alternativo, cada receptáculo pode ser desafilado, com paredes paralelas, por exemplo, um tubo cilíndrico de um diâmetro substancialmente constante ao longo de, no mínimo, uma parte de seu comprimento, de modo opcional, ao longo de todo seu comprimento.

[053] O aparelho pode compreender, no mínimo, dois receptáculos, sendo que a extremidade de cada receptáculo distal à sua abertura respectiva é conectada à outra.

[054] O receptáculo ou cada receptáculo permite a transferência de calor de um artigo mantido nele para o fluido contido na área de resfriamento.

[055] O aparelho pode compreender um ou mais dutos de fluido através dos quais flui o fluido a ser resfriado. O duto passa através do segundo reservatório. De modo alternativo ou adicional, o duto pode passar através do primeiro reservatório. O duto pode ser um duto para um dispenser de bebida. O aparelho pode ser configurado de modo que a bebida a ser liberada passe através do duto, de modo opcional, por meio de uma bomba e/ou sob gravidade.

[056] Em uma modalidade da presente invenção, o volume de carga útil pode ser configurado de modo a conter um ou mais artigos como, por exemplo, uma ou mais baterias.

[057] O aparelho pode conter um trocador de calor disposto de modo a ser alimentado com o fluido do segundo reservatório de fluido.

[058] O aparelho pode conter um meio que força o ar a passar sobre ou através do trocador de calor em direção a, sobre ou ao redor do artigo.

[059] O citado meio pode compreender um ventilador ou compressor que está em comunicação fluida com o trocador de calor através de um duto.

[060] O trocador de calor pode ser disposto dentro de uma carcaça em comunicação fluida com o duto, sendo que a carcaça compreende uma ou mais aberturas através das quais o ar, que passa sobre ou através do trocador de calor, é expulso da carcaça em direção, sobre ou ao redor do artigo.

[061] A carcaça pode compreender uma pluralidade de aberturas; de modo opcional, aberturas de um diâmetro relativamente pequeno se comprado com a área superficial do artigo a ser resfriado.

[062] O trocador de calor pode compreender um recipiente dotado de uma pluralidade de superfícies de troca de calor.

[063] As superfícies de troca de calor podem compreender uma pluralidade de condutos ou aberturas de troca dispostos de modo a deixar o ar passar através do trocador de calor que está em comunicação térmica com o fluido no trocador de calor.

[064] O trocador de calor pode ser formado de um material termicamente transmissivo.

[065] De modo alternativo, o aparelho pode compreender um trocador de calor que está em comunicação térmica com o segundo reservatório de fluido, sendo que o aparelho deixa o gás refrigerante passar através do trocador de calor, a fim de permitir a troca de calor entre o gás refrigerante e o fluido no segundo reservatório, e, subsequentemente, direcionar o gás refrigerante em direção, sobre ou ao redor do artigo.

[066] O trocador de calor pode compreender um ou mais condutos que estão em comunicação térmica com o fluido no segundo reservatório de fluido. Um ou mais condutos podem ser imersos no fluido no segundo reservatório de fluido. O trocador de calor pode compreender uma pluralidade de condutos; de modo opcional, uma série de condutos espaçados um do outro, de modo opcional, substancialmente paralelos um ao outro, dentro do segundo reservatório de fluido.

[067] O aparelho pode conter um ventilador ou compressor que está em comunicação fluida com o trocador de calor através de um duto para bombear o gás refrigerante através do trocador de calor.

[068] O trocador de calor pode ser formado de um material termicamente transmissivo.

[069] Em uma modalidade da presente invenção, o dispositivo é disposto dentro de uma geladeira convencional ou semelhante. Nesta modalidade, o meio de resfriamento pode compreender um componente de resfriamento já existente. O aparelho pode ser posicionado dentro da geladeira de modo que o primeiro reservatório de fluido fique em comunicação térmica com o componente de resfriamento existente, a fim de resfriar o fluido nele.

[070] Por exemplo, o aparelho poder ter o formato de uma estrutura projetada para encaixar dentro de uma geladeira convencional. O aparelho pode ser moldado ou projetado de qualquer outra maneira para encaixar dentro de uma geladeira convencional.

[071] Em algumas modalidades da presente invenção, o meio de resfriamento resfria o fluido no primeiro reservatório de fluido (e, de modo opcional, todo ou, no mínimo, uma parte do fluido no segundo reservatório de fluido) abaixo da temperatura crítica. Em algumas configurações, todo o fluido no primeiro reservatório pode ser congelado e, de modo opcional, no mínimo, uma parte do fluido no segundo reservatório de fluido também pode ser congelada. Portanto, a subida e a descida do fluido no primeiro reservatório de fluido podem ser suspensas e a temperatura do fluido no segundo reservatório de fluido pode descer abaixo da temperatura que, de modo contrário, seria atingida se o aparelho operasse no modo de operação normal conforme descrito acima. Isso seria especificamente o caso em que o meio em forma de dique tem uma condutividade térmica relativamente alta, conforme descrito acima.

[072] Porém, se a capacidade de resfriamento do meio de resfriamento é subsequentemente reduzida ou suspensa de modo que ocorra o aquecimento de, no mínimo, uma parte do fluido no primeiro reservatório de fluido, o aparelho pode retomar a operação no modo normal. Ou seja, o fluido abaixo da temperatura crítica sobe no primeiro reservatório de fluido devido à força ascensional e passa pela troca de calor com o fluido no segundo reservatório onde o efeito de resfriamento é exercido sobre o fluido acima da temperatura crítica, o qual subiu devido à força ascensional no primeiro reservatório. O fluido que sobe no segundo reservatório de fluido, o qual é resfriado na área de transferência térmica para ou em direção à temperatura crítica, pode, subsequentemente, descer sob gravidade, exercendo, desse modo, efeito de resfriamento sobre o fluido no segundo reservatório de fluido. Assim, as condições de temperatura relativamente estáveis podem ser mantidas no segundo reservatório de fluido apesar de aquecimento gradual do fluido no primeiro reservatório de fluido (por exemplo, devido ao derretimento do fluido congelado).

[073] Deve-se compreender que, apesar de a subida e a descida terem sido discutidas acima, em algumas modalidades da presente invenção, durante a operação normal de equilíbrio, é possível alcançar uma situação em que o fluido no primeiro e no segundo reservatório de fluido fica estático e a transferência térmica ocorre principalmente pela condução através do fluido. De modo alternativo ou adicional, o movimento do fluido pode ser substancialmente lento de modo que se estabeleçam as condições estáticas ou quase estáticas.

[074] Em um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho para resfriamento de objetos como alimentos, bebidas ou vacinas, caracterizado por compreender, no mínimo, dois reservatórios, um meio de resfriamento para resfriar o fluido contido em um dos reservatórios, e uma área de transferência térmica entre as respectivas áreas superiores dos reservatórios. A área de transferência térmica permite a transferência térmica entre o fluido contido nos reservatórios de modo que o resfriamento do fluido em um reservatório faz com que o fluido no outro reservatório também resfrie.

[075] Em uma modalidade da presente invenção, o fluido no primeiro reservatório é resfriado por meio de um fluxo de fluido em questão através de um trocador de calor, a fim de resfriar o primeiro fluido.

[076] De modo opcional, o fluido em questão pode ser, por exemplo, um fluido que é e/ou deve ser usado no processo. Por exemplo, o fluido em questão pode ser um líquido refrigerante que é usado no processo de resfriamento, por exemplo, para resfriar o trocador de calor de um freezer. O líquido refrigerante que sai do trocador de calor do freezer pode estar a uma temperatura de (digamos) -5°C ou a qualquer outra temperatura adequada abaixo da temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório. O líquido refrigerante pode passar através do trocador de calor como, por exemplo, um tubo imerso no fluido no primeiro reservatório de fluido, a fim de resfriar o fluido. Então, o líquido refrigerante pode retornar a um compressor onde ele é comprimido e resfriado em mais um trocador de calor antes de expandir para realizar o resfriamento.

[077] Em uma modalidade da presente invenção, mais um fluido de troca de calor é utilizado para retirar o calor do fluido no primeiro reservatório de fluido, sendo que o fluido de troca de calor é subsequentemente resfriado por mais um fluido como, por exemplo, um líquido refrigerante que saiu do trocador de calor de um freezer ou de outro sistema.

[078] Outras configurações também são possíveis.

[079] Em algumas modalidades da presente invenção, uma fonte de fluido para resfriar o fluido no primeiro reservatório pode ser água de um lago, rio ou mar que esteja a uma temperatura abaixo da temperatura crítica. Por exemplo, é possível usar uma fonte de água a uma temperatura próxima ou abaixo de 0°C.

[080] Outras configurações também são possíveis.

[081] Em um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho de refrigeração caracterizado por compreender: uma carcaça; um volume de fluido disposto dentro da carcaça e compreendendo um meio em forma de dique que divide o volume de fluido em um primeiro reservatório de fluido central e um segundo e um terceiro reservatório de fluido lateral; o meio de resfriamento disposto no primeiro reservatório de fluido para resfriar o fluido contido no primeiro reservatório de fluido; uma área de transferência térmica definida, pelo menos, em parte, pelas respectivas áreas superiores dos reservatórios de fluido para permitir a transferência de calor entre o fluido contido no primeiro reservatório de fluido e o fluido contido no segundo e no terceiro reservatório de fluido; e um primeiro compartimento de carga útil disposto dentro da carcaça e em comunicação térmica com o segundo e o terceiro reservatório de fluido.

[082] De modo opcional, um segundo compartimento de carga útil pode ser disposto dentro da carcaça e em comunicação térmica com o segundo e o terceiro reservatório de fluido.

[083] Em mais um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho de refrigeração caracterizado por compreender: uma carcaça; um volume de fluido disposto dentro da carcaça e dotado de um meio em forma de dique que divide o volume de fluido em um primeiro reservatório de fluido interno, e um segundo reservatório de fluido externo; um meio de resfriamento disposto no primeiro reservatório de fluido para resfriar o fluido contido no primeiro reservatório de fluido; uma área de transferência térmica definida, ao menos, em parte, pelas respectivas áreas superiores dos reservatórios de fluido, a fim de permitir a transferência de calor entre o fluido contido no primeiro reservatório de fluido e o fluido contido no segundo reservatório de fluido; e um compartimento de carga útil disposto dentro da carcaça, pelo menos, parcialmente, circundando o volume de fluido e em comunicação térmica com o segundo reservatório de fluido.

[084] Em um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um método caracterizado por compreender os seguintes passos: resfriamento de um fluido em uma área inferior de um primeiro reservatório de fluido; permissão que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido a uma temperatura abaixo da temperatura crítica do fluido suba até uma área superior do primeiro reservatório de fluido; mistura do fluido a uma temperatura abaixo da temperatura crítica com um fluido a uma temperatura acima da temperatura crítica de um segundo reservatório de fluido em uma área de transferência térmica disposta entre as respectivas áreas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido; e a permissão que o fluido à temperatura crítica na área de transferência térmica desça dentro do segundo reservatório de fluido.

[085] O método pode compreender o passo de permissão que o fluido à temperatura crítica na área de transferência térmica desça dentro do segundo reservatório de fluido, a fim de resfriar um compartimento de carga útil com o qual ele está em comunicação térmica.

[086] Em mais um aspecto da presente invenção cuja proteção é ora pleiteada, provê-se um aparelho caracterizado por compreender: um primeiro reservatório de fluido e um segundo reservatório de fluido; um meio de resfriamento para resfriar o fluido contido no primeiro reservatório de fluido; e uma área de transferência térmica disposta entre as respectivas áreas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido para permitir a transferência térmica entre o fluido contido no primeiro reservatório de fluido e o fluido contido no segundo reservatório de fluido.

[087] Dentro do escopo da presente aplicação se declara expressamente que vários aspectos, modalidades, exemplos, características e alternativas descritas nos parágrafos antecedentes, nas reivindicações e/ou na descrição e nos desenhos a seguir podem ser considerados independentemente um do outro ou em qualquer sua combinação. Por exemplo, os componentes descritos com relação a uma modalidade são aplicáveis a todas as modalidades a menos que haja incompatibilidade de componentes.

Breve Descrição das Figuras

[088] As modalidades da presente invenção serão descritas a seguir apenas a título de exemplo com relação aos desenhos em anexo, em que: A Figura 1 é um gráfico da densidade de água contra a temperatura; A Figura 2 é uma vista em seção transversal de um aparelho representando uma modalidade da presente invenção; A Figura 3 é uma vista de perspectiva de um aparelho representando mais uma modalidade da presente invenção; A Figura 4 é uma vista em seção transversal de um aparelho representando mais uma modalidade da presente invenção; A Figura 5 é uma vista em seção transversal de uma variação do aparelho da Figura 4; A Figura 6 é uma vista em seção transversal de um aparelho representando mais uma modalidade da presente invenção; A Figura 7 é uma vista em seção transversal de uma variação do aparelho da Figura 6; A Figura 8 é uma vista de plano em seção transversal de um aparelho representando mais uma modalidade da presente invenção; As Figuras 9a e 9b são vistas em seção transversal de um aparelho representando mais uma modalidade da presente invenção; A Figura 10 é uma vista em seção transversal de um aparelho representando mais uma modalidade da presente invenção; A Figura 11 é uma vista em seção transversal de um aparelho representando mais uma modalidade da presente invenção; A Figura 12 é uma vista em perspective de um revestimento adequado para ser colocado dentro de um recipiente isolado, a fim de resfriar objetos no recipiente. A Figura 13 é uma vista frontal do aparelho de acordo com mais uma modalidade da presente invenção, com a parte frontal da carcaça do aparelho removida. A Figura 14 é uma vista lateral do aparelho de acordo com a modalidade da Figura 13 com a parte lateral da carcaça do aparelho removida. A Figura 15 é uma vista frontal do aparelho de acordo com mais uma modalidade da presente invenção com a parte frontal da carcaça do aparelho removida. A Figura 16 é uma vista lateral do aparelho de acordo com a modalidade da Figura 15 com a parte lateral da carcaça do aparelho removida. A Figura 17 é um gráfico demonstrando como a vida útil de uma bateria varia com temperatura. A Figura 18 é uma representação esquemática de um aparelho demonstrando mais uma modalidade da presente invenção. A Figura 19 é uma vista expandida de uma seção do trocador de calor que faz parte do aparelho da Figura 18. A Figura 20 é uma representação esquemática de um aparelho demonstrando a segunda modalidade da presente invenção; e A Figura 21 é uma representação esquemática de um aparelho demonstrando mais uma modalidade da presente invenção.

[089] Os números de referência na descrição a seguir indicam tanto quanto possível as partes correspondentes.

[090] Deve-se compreender do descrito acima que a operação de algumas modalidades da presente invenção se baseia em uma das propriedades anômalas bem conhecidas de certos fluidos como água: a saber, que sua densidade é máxima a uma temperatura crítica (no caso de água, aproximadamente 4°C), conforme demonstrado na Figura 1. Água é usada como referência na presente descrição, mas deve-se compreender que outros fluidos com propriedades similares também podem ser usados. Fluidos que compreendem água também são úteis como, por exemplo, água e sal. O sal pode baixar a temperatura crítica. Outros aditivos também são úteis para baixar ou aumentar a temperatura crítica da água ou de outros fluidos.

[091] O fato de que a densidade da água é máxima à temperatura crítica, como uma função da temperatura, é uma consequência do fato de que a água tem o coeficiente de expansão térmica negativo abaixo de aproximadamente 4°C e o coeficiente de expansão térmica positiva acima de aproximadamente 4°C. O termo “temperatura crítica” será usado doravante para se referir à temperatura em que a densidade do fluido é máxima, sendo de aproximadamente 4°C no caso de água.

[092] No aparelho descrito no pedido de patente No. PCT/GB2010/051129, um espaço livre é disposto acima do espaço de carga útil. Esta configuração é funcionalmente vantajosa, mas pode ser comprometida em termos de embalagem para certas aplicações. Mais especificamente, os autores determinaram que a disposição do espaço livre acima do espaço de carga útil pode restringir o espaço disponível para uso em algumas configurações. Ou seja, o espaço livre ocupa uma parte do volume do aparelho na parte frontal do aparelho que pode ser o espaço mais valioso ou útil para armazenamento refrigerado.

[093] Os autores descobriram que é possível posicionar o espaço livre, ou seja, o reservatório que contém o meio de resfriamento, atrás do compartimento de armazenamento (ao contrário de sua disposição acima dele) e ainda obter o resfriamento suficiente do compartimento de armazenamento, usando o princípio térmico semelhante ao da aplicação anterior.

[094] A Figura 3 demonstra a primeira modalidade de um aparelho de refrigeração ilustrado em geral na Figura 1.

[095] O aparelho compreende uma carcaça (10), a qual, nesta modalidade, possui o formato de um cubóide vertical. A carcaça (10) é formada de um material termicamente isolante, a fim de reduzir a transferência de calor dentro e fora do aparelho (1). Por exemplo, a carcaça (10) pode ser formada por rotomoldagem como uma peça só de material plástico. O volume dentro da carcaça (10) é dividido em compartimentos adjacentes, um compartimento de carga útil (12) e um volume de fluido (14) mediante um separador que compreende uma parede termicamente condutiva (16) que se estende entre as paredes superior, inferior e lateral da carcaça (10).

[096] O compartimento de carga útil (12) armazena um ou mais objetos ou artigos a serem resfriados como vacinas, alimentos ou bebidas embaladas. Conforme demonstrado na Figura 3, o compartimento de carga útil (12) pode compreender um fecho como, por exemplo, uma porta (18), o qual pode ser aberto para ganhar acesso ao compartimento através da face aberta da carcaça (10). O material isolante é aplicado à porta (18) de modo que, quando ela está fechada, a transferência de calor através dela seja reduzida. Em uma modalidade alternativa (não demonstrado), o compartimento de carga útil (12) pode ter a face aberta, permitindo acesso fácil a objetos e artigos armazenados. Por exemplo, o compartimento de carga útil pode compreender prateleiras para uso em lojas de varejo ou mercados.

[097] O volume de fluido (14) em si é parcialmente dividido em um primeiro reservatório de fluido e um segundo reservatório de fluido (20a) e (20b), respectivamente, por um meio em forma de dique, que tem o formato de uma barreira ou parede térmica (22), o qual se estende para cima a partir da parede inferior do volume de fluido (14), e por completo entre suas paredes laterais. A parede (22) pode ser formada de qualquer material dotado de propriedades isolantes térmicas adequadas. Em particular, é vantajoso que a parede (22) seja formada de um material que tenha baixa condutividade térmica, para reduzir a transferência de calor através dela entre o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido. Em algumas configurações alternativas, um espaço pode ser disposto entre a parede (22) e as paredes laterais do volume de fluido (14) definido pela carcaça (10).

[098] Na modalidade demonstrada, a parede (22) termina a uma distância da parede superior de modo que uma fenda ou abertura (24) se defina entre elas. A fenda ou abertura (24) proporciona um caminho do fluido e/ou térmico entre as áreas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido (20a), (20b), respectivamente. Desse modo, o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido estão em comunicação fluida em suas áreas superiores, as quais definem em conjunto uma área de mistura de fluidos, demonstrada aproximadamente pela linha pontilhada (26) e descrita abaixo.

[099] O meio de resfriamento em forma de um componente de resfriamento movido a energia elétrica (28) é disposto dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) para ser imerso no fluido. O componente de resfriamento (28) é disposto em uma área inferior do primeiro reservatório de fluido (20a) e é separado das paredes laterais, de fundo, superior e inferior do reservatório por uma camada de fluido. O aparelho tem uma fonte de energia externa (não demonstrado) para fornecer energia elétrica ao componente de resfriamento. A energia pode ser fornecida por uma rede de energia elétrica na ausência de luz solar. A energia também pode ser fornecida por painéis fotovoltaicos (não demonstrado), portanto o aparelho 1 pode funcionar sem a necessidade da rede de energia elétrica de dia em dias ensolarados.

[100] Em algumas modalidades da presente invenção, o componente de resfriamento (28) pode resfriar o fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) por meio de um líquido refrigerante bombeado por uma bomba externa ao volume de fluido (14). Em algumas modalidades da presente invenção, o componente de resfriamento (28) recebe o líquido refrigerante que é resfriado mediante a expansão do líquido refrigerante comprimido de maneira igual à de um ciclo de refrigeração vapor-compressão convencional.

[101] O primeiro reservatório de fluido (20a) e o segundo reservatório de fluido (20b) cada um contém um volume de um fluido que tem o coeficiente de expansão térmica negativo abaixo da temperatura crítica e o coeficiente de expansão térmica positiva acima da temperatura crítica. Nas modalidades demonstradas, o fluido é água cuja temperatura crítica é de aproximadamente 4°C. A água preenche em grande medida ambos os reservatórios de fluido (20a) e (20b), mas um pequeno volume pode ficar não preenchido para permitir a expansão. Conforme observado acima, outros líquidos também podem ser usados. Em particular, são úteis líquidos que têm a temperatura crítica abaixo da qual a densidade diminui como função da temperatura decrescente (ou seja, têm o coeficiente de expansão térmica negativo quando resfriados abaixo da temperatura crítica) e acima da qual a densidade do líquido diminui como função da temperatura crescente (ou seja, têm o coeficiente de expansão térmica positiva quando aquecidos acima da temperatura crítica).

[102] A operação do aparelho (1) será descrita a seguir.

[103] Pode-se partir do fato de que inicialmente toda á água no primeiro reservatório de fluido (20a) e no segundo reservatório de fluido (20b) está a ou próximo à temperatura ambiente. O aparelho (1) é acionado de modo que a energia elétrica é fornecida ao componente de resfriamento (28), o qual resfria até uma temperatura que tipicamente está muito abaixo do ponto de congelamento de água, por exemplo, -30° C. Isso, por sua vez, faz com que a água no ambiente imediato do componente de resfriamento (28) dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) resfrie. À medida que a água resfria, sua densidade aumenta. Desse modo, a água resfriada desce em direção ao fundo do primeiro reservatório de fluido (20a), deslocando a água mais quente, a qual sobe em direção à área superior do primeiro reservatório de fluido (20a).

[104] Deve-se notar que, com o passar do tempo, a maior parte ou toda a água contida no primeiro reservatório de fluido (20a) é resfriada até a temperatura de 4° C ou a temperatura mais baixa. Visto que a densidade da água é máxima à temperatura crítica, a água a esta temperatura tende a assentar no fundo do primeiro reservatório de fluido (20a), deslocando a água com temperatura mais alta em direção à área superior do primeiro reservatório de fluido (20a). Isso faz com que se gere um gradiente de temperatura geralmente positivo dentro do primeiro reservatório de fluido (20a), sendo que a água à temperatura crítica se encontra na área inferior do primeiro reservatório de fluido (20a) e a água menos densa e mais leve a temperaturas abaixo da temperatura crítica se encontra na área superior adjacente à abertura (24) na junção entre o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido (20a), (20b).

[105] Nessa junção, doravante designada “área de mistura de fluidos” (28), a água a temperaturas abaixo da temperatura crítica, deslocada para cima pela descida de água à temperatura crítica dentro do primeiro reservatório de água (20a), encontra e se mistura com a água mais quente, por exemplo, a aproximadamente 10° C, disposta na área superior do segundo reservatório de água (20b). Desse modo, a transferência de calor da água mais quente para a água mais fria ocorre dentro da região de mistura (26), fazendo com que a temperatura da água fria do primeiro reservatório de fluido (20a) e a água mais quente do segundo reservatório de fluido (20b) aumente ou diminua, respectivamente, até a temperatura crítica. Assim, a área de mistura de fluidos (26) define uma área de transferência térmica do aparelho (1) onde ocorre a transferência de calor entre os fluidos do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido.

[106] À medida que a temperatura da água fria do primeiro reservatório de água (20a) sobe em direção à temperatura crítica, sua densidade aumenta, conforme demonstrado na Figura 1 e, desse modo, ela desce de volta em direção ao componente de resfriamento (28), deslocando a água mais fria para baixo. De modo semelhante, à medida que a temperatura da água mais quente do segundo reservatório de fluido diminui em direção à temperatura crítica, sua densidade aumenta e, desse modo, ela também desce em direção à área inferior do segundo reservatório de fluido (20b), deslocando a água mais quente para baixo.

[107] A água no segundo reservatório de fluido (20b) esfriada após a mistura dentro da área de mistura (26) assenta no fundo do segundo reservatório de fluido (20b), o qual, conforme descrito acima, se encontra em comunicação térmica com o compartimento de carga útil (12). Desse modo, o calor do compartimento de carga útil (12) é absorvido pelo volume resfriado de água no segundo reservatório de fluido (20b) e a temperatura do compartimento de carga útil (12) e, portanto, dos objetos e artigos armazenados nele, começa a baixar.

[108] Reiterando, a água dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) resfriada até uma temperatura abaixo da temperatura crítica pelo componente de resfriamento (28) é deslocada para cima em direção à área de mistura (26) pela água à temperatura crítica. De modo contrário, dentro do segundo reservatório de fluido (20b), a água acima da temperatura crítica é deslocada para cima em direção à área de mistura pela água à temperatura crítica. Desse modo, a água de ambos os lados da barreira térmica (22) e à temperatura de ambos os lados da temperatura crítica se encontra e se mistura dentro da área de mistura (26), aproximando-se da temperatura crítica e, desse modo, cascateia ou desce de volta às áreas inferiores dos respectivos reservatórios de fluido (20a), (20b).

[109] Com o passar do tempo, este processo alcança algo que se aproxima de um estado estável através da transferência dinâmica de calor entre a água à temperatura abaixo da temperatura crítica que sobe até a área superior do primeiro reservatório de fluido (20a), e a água à temperatura acima da temperatura crítica que sobe até a área superior do segundo reservatório de fluido (20b). Em algumas modalidades da presente invenção, no estado estável, o fluido no primeiro e, de modo opcional, no segundo reservatório é estático, sendo que a transferência térmica ocorre principalmente mediante a condução.

[110] Os autores descobriram um efeito técnico surpreendente que, com o passar do tempo, apesar de o componente de resfriamento (28) ser disposto em uma área inferior do primeiro reservatório de fluido (20a), a temperatura da água no segundo reservatório de fluido (20b) alcança uma temperatura de estado estável próxima à temperatura crítica. Ou seja, a maior parte ou toda a água no segundo reservatório de fluido (20b), especialmente, em sua área inferior, se torna comparativamente estagnada com uma temperatura de cerca de 4°C. A água aquecida acima da temperatura crítica pela absorção de calor do compartimento de carga útil (12) é deslocada em direção à área de mistura (26) pela água à temperatura crítica que desce da área de mistura (26), resfriada pela água abaixo da temperatura crítica na área superior do primeiro reservatório de fluido (20a).

[111] Através de absorção do calor do compartimento de carga útil (12) pela água no segundo reservatório de fluido (20b), o compartimento de carga útil (12) é mantido a uma temperatura desejada de aproximadamente 4°C a qual é ideal para armazenamento de muitos produtos, inclusive vacinas, alimentos e bebidas.

[112] Deve-se compreender que, tipicamente, o fluido em contato com o componente de resfriamento (28) congelará e uma massa sólida de fluido congelado ou gelo se formará no primeiro reservatório de fluido. Um detector de gelo pode ser disposto para detectar a formação de gelo visto que o gelo aumenta até um tamanho crítico. Quando o detector detecta a formação de gelo alcançou o tamanho crítico, o aparelho pode desligar o componente de resfriamento (28) para evitar a formação de mais gelo. Quando a massa de fluido congelado encolhe subsequentemente até um tamanho abaixo do tamanho crítico, o componente de resfriamento pode ser acionado de novo. O detector pode ser em forma de uma sonda térmica P que está em contato térmico com o fluido a uma dada distância do componente de resfriamento (28). A temperatura do fluido que está em contato térmico com o detector cairá até a temperatura do fluido congelado ou próxima à do fluido congelado quando o fluido congelado entrar em contato com o detector P. Deve-se compreender que uma mudança de temperatura relativamente brusca normalmente ocorre entre a massa de gelo e o fluido que está em contato com o gelo dentro de uma distância muito curta da massa congelada.

[113] Caso o fornecimento de energia elétrica ao componente de resfriamento (28) seja interrompido ou a energia seja desligada, o processo de deslocamento, ao que a água no primeiro reservatório de fluido e no segundo reservatório de fluido (20a) e (20b) está sujeita, continua enquanto a massa de fluido congelado permanece no primeiro reservatório de fluido (20a). Assim que a massa de fluido congelado for consumida, o processo de deslocamento passará a ser mais lento, mas mantido pela absorção contínua do calor do espaço de carga útil (12) pela água no segundo reservatório de fluido (20b). Devido à alta capacidade térmica específica da água e o volume significante de água a temperaturas abaixo da temperatura crítica dentro do volume de fluido, a temperatura na área inferior do segundo reservatório de fluido (20b) permanece a ou próximo a 4°C por considerável período de tempo.

[114] Ou seja, mesmo sem o fornecimento da energia elétrica ao componente de resfriamento (28), a tendência natural de a água à temperatura crítica descer e deslocar a água acima ou abaixo da temperatura crítica ocorre no primeiro e no segundo reservatório de água (20a), (20b) ou, ao menos, em suas áreas inferiores, mantendo a água a ou em torno da temperatura crítica por algum tempo após a falta de energia, permitindo que o compartimento de carga útil (12) seja mantido dentro de uma faixa de temperaturas aceitável por períodos de tempo prolongados. As modalidades da presente invenção são capazes de manter o fluido no segundo reservatório de fluido (20b) a uma temperatura-alvo por um período de até várias semanas após a perda de energia.

[115] As Figuras 4 e 5 demonstram uma variação da modalidade da Figura 2 adaptada para ser montada posteriormente em um dispositivo de refrigeração existente. Na modalidade da Figura 4, a forma externa da carcaça (10) complementa e se encaixa dentro do volume interno de uma geladeira convencional (não demonstrado). Em particular, uma área inferior da face posterior da carcaça é escalonada para dentro, a fim de acomodar o invólucro para o condensador e o motor da geladeira, os quais frequentemente são dispostos na parte posterior inferior da geladeira.

[116] Na modalidade da Figura 5, além da forma externa alterada da carcaça (10), o componente de resfriamento (28) é disposto do lado de fora do primeiro reservatório de fluido (20a) e é integrado à parede posterior da carcaça (10) e está em comunicação térmica com a água contida no primeiro reservatório de fluido (20a).

[117] A operação das modalidades das Figuras 4 e 5 é idêntica à da modalidade da Figura 2. Deve-se notar que o posicionamento do componente de resfriamento (28) do lado de fora do primeiro reservatório de fluido (20a) pode ser feito independentemente do formato externo da carcaça (10), por exemplo, na modalidade da Figura 2.

[118] Em mais uma variação das modalidades das Figuras 4 e 5 (não demonstrado), o componente de resfriamento (28) é eliminado e a parede posterior da carcaça (10) é substituída por uma peça termicamente condutiva como, por exemplo, uma membrana ou qualquer outra peça termicamente condutiva como placa, componente, membro ou estrutura. Nesta configuração, o meio de resfriamento compreende o dispositivo de refrigeração existente em si, sendo que o componente de resfriamento do dispositivo de refrigeração é usado para desempenhar a função do componente de resfriamento (28). A operação de tal modalidade é substancialmente idêntica à da Figura 2, sendo que a água no primeiro reservatório de fluido (20a) é resfriada neste caso pelo aparelho de resfriamento do dispositivo de refrigeração com o qual está em comunicação térmica com ela através da membrana condutiva, estabelecendo o processo de deslocamento de fluido termicamente induzido descrito acima.

[119] As modalidades das Figuras 6 e 7 demonstram uma configuração de espaço de carga útil duplo. Nesta modalidade, uma câmera de resfriamento (50) enchida com fluido é disposta dentro da carcaça (10) sem os compartimentos de carga útil (12a), (12b) definidos de cada seu lado. A câmera de resfriamento é dividida, pelo menos, parcialmente, em três câmeras, definindo, respectivamente, um reservatório de fluido central (20a) e dois reservatórios de fluido externos (20b1) e (20b2) por um meio em forma de dique que tem o formato de duas paredes verticais e, geralmente, paralelas (22a), (22b). Na modalidade demonstrada, as paredes (22a), (22b) não se estendem completamente até a parede superior da câmara de resfriamento (50), definindo, desse modo, uma área de mistura de fluidos (26) disposta sobre as áreas superiores dos respectivos reservatórios de fluido (20a), (20b1), (20b2).

[120] Nesta modalidade, o reservatório de fluido central (20a) contém o meio de resfriamento em forma de um componente de resfriamento movido a energia elétrica (28) e, desse modo, funcionalmente equivalente ao primeiro reservatório de fluido (20a) da modalidade da Figura 2. De modo semelhante, cada um dos reservatórios de fluido externos (20b1),(20b2) está em comunicação térmica com o respectivo compartimento de carga útil (12a), (12b) e, desse modo, é funcionalmente equivalente ao segundo reservatório de fluido (20b) da modalidade da Figura 2.

[121] A operação da modalidade da Figura 6 é semelhante à da modalidade da Figura 2. Especificamente, a água resfriada abaixo da temperatura crítica dentro do reservatório de fluido central (20a) é deslocada em direção à área de mistura de fluidos (26) pela água à temperatura crítica que desce até o fundo do reservatório. A água à temperatura abaixo da temperatura crítica mistura-se com a água mais quente dos reservatórios de fluido externos (20b1), (20b2) na área de mistura de fluidos (26) em que a água mais quente é resfriada até a temperatura crítica em um processo de transferência de calor e, desse modo, desce dentro dos reservatórios de fluido externos, deslocando a água mais quente para cima para dentro da área de mistura de fluidos (26). A água à temperatura abaixo da temperatura crítica do reservatório de fluido central (20a) é aquecida pelo citado processo de transferência térmica em direção à temperatura crítica e, devido ao correspondente aumento em densidade, desce dentro do reservatório de fluido central (20a), deslocando desse modo a água mais fria para cima para dentro da área de mistura de fluidos (26) em que o processo é repetido. Deve-se compreender que, em algumas modalidades, o fluido que sobe dentro de um reservatório de fluido pode, subsequentemente, descer dentro de um reservatório de fluido diferente.

[122] Este processo continua até que a água nos reservatórios de fluido externos (20b1), (20b2) alcance um estado substancialmente estável de ou em torno de 4°C e é mantida a ou próximo a esta temperatura pelo deslocamento contínuo termicamente induzido de água dentro dos reservatórios e pela mistura subseqüente dentro da área de mistura de fluidos (26).

[123] A modalidade da Figura 7 é estruturalmente semelhante à da Figura 6. Nesta modalidade, porém, o componente de resfriamento (28) é substituído por um corpo de material frio (52) a uma temperatura abaixo da temperatura de operação desejada do compartimento de carga útil. Normalmente é abaixo de 0°C. A temperatura de cerca de -18°C pode ser obtida, colocando o corpo (52) em um freezer de alimentos convencional antes de uso e a de -30°C ou mais baixa emularia o efeito de uma unidade de refrigeração. O corpo de material frio (52) pode ser qualquer coisa com a massa térmica adequada. Porém, o gelo de água é especificamente adequado porque está prontamente disponível e tem calor latente de fusão vantajosamente alto.

[124] O gelo pode ser em forma de bolsas de gelo revestidas de plástico de 0,6 litros padrão que são usadas no transporte e armazenamento de suprimentos médicos. Outros tamanhos de bolsas de gelo também podem ser utilizados. Outras configurações podem ser úteis. Em uma modalidade, um ou mais blocos de gelo ou uma massa de cubos de gelo, são introduzidos no reservatório de fluido central (20a). Neste caso, já que o volume de deslocamento de gelo é maior do que o volume equivalente quando derretido, o volume geral de água no reservatório diminui à medida que o gelo derrete. Uma corrente de água suficiente acima das barreiras térmicas (22a),(22b) deve ser mantida dentro da câmara de resfriamento (50) para permitir que os fluxos se misturem quando o volume de gelo diminui durante o derretimento. Além disso, ou em vez disso, uma configuração de drenagem de água pode ser prevista.

[125] A Figura 8 demonstra em uma vista de plano mais uma modalidade da presente invenção. Nesta modalidade, uma câmera de resfriamento cilíndrica (50) enchida com água é disposta normalmente centralmente dentro da carcaça (10) com o compartimento de carga útil (12) definido pelo espaço do lado de fora da câmera de resfriamento (50). Outros locais da câmera (50) também podem ser utilizados.

[126] A câmera de resfriamento (50) é dividida em reservatório interno e reservatório externo (20a), (20b) por um meio em forma de dique que o tem o formato de uma parede vertical, cilíndrica ou tubular (22) que se estende para cima a partir de uma superfície inferior da câmera de resfriamento. O volume cilíndrico limitado pela parede (22) compreende o reservatório de fluido interno (20) enquanto o volume anelar do lado de fora da parede (22) compreende o reservatório de fluido interno (20b). Na modalidade demonstrada, a parede (22) não se estende completamente até a parede superior da câmera de resfriamento (50), definindo, desse modo, uma área de mistura de fluidos (não demonstrado) disposta sobre as áreas superiores dos respectivos reservatórios de fluido (20a), (20b).

[127] Nesta modalidade, o reservatório de fluido interno (20a) contém o meio de resfriamento em forma de um componente de resfriamento movido a energia elétrica (28) e, desse modo, é funcionalmente equivalente ao primeiro reservatório de fluido (20a) da modalidade da Figura 2. De modo semelhante, o reservatório de fluido externo (20b) está em comunicação térmica com o compartimento de carga útil (12) e, desse modo, é funcionalmente equivalente ao segundo reservatório de fluido (20b) da modalidade da Figura 2.

[128] A operação da modalidade da Figura 8 é semelhante à da modalidade da Figura 2. Especificamente, a água resfriada abaixo da temperatura crítica dentro do reservatório de fluido interno (20a) é deslocada em direção à área de mistura de fluidos (26) pela água à temperatura crítica que desce até o fundo do reservatório. A água à temperatura abaixo da temperatura crítica mistura-se com a água mais quente do reservatório de fluido externo (20b) na área de mistura de fluidos (26) em que a água mais quente é resfriada até a temperatura crítica em um processo de transferência de calor e, desse modo, desce dentro do reservatório de fluido externo (20b), deslocando a água mais quente para cima para dentro da área de mistura de fluidos (26). A água à temperatura abaixo da temperatura crítica do reservatório de fluido interno (20a) é aquecida pelo citado processo de transferência térmica em direção à temperatura crítica e, devido ao correspondente aumento em densidade, desce dentro do reservatório de fluido central (20a), deslocando desse modo a água mais fria para cima para dentro da área de mistura de fluidos (26) em que o processo é repetido.

[129] Este processo continua até a água no reservatório de fluido externo (20b) alcance um estado substancialmente estável de ou cerca de 4°C e é mantida a ou próximo a esta temperatura pelo deslocamento contínuo termicamente induzido de água dentro dos reservatórios de fluido e pela subsequente mistura dentro da área de mistura de fluidos (26).

[130] Deve-se compreender que as modalidades das Figuras 6-8 podem ter uma aplicação vantajosa em prateleiras de lojas de varejo como as usadas por supermercados. Ao dispor a câmera de resfriamento (50) entre os compartimentos de carga útil, opostamente acessíveis, (12a), (12b) ou centralmente dentro da carcaça de modo que se obtenha um compartimento de carga útil de 360°C, o aparelho (1) pode ser posicionado entre corredores adjacentes dentro do supermercado ou como uma unidade única posicionada no centro, aumentando a frontaria da loja e melhorando a flexibilidade de disponibilização de produtos.

[131] As Figuras 9a e 9b demonstram uma variação da modalidade da Figura 8. Nesta modalidade, a câmera de resfriamento (50) se estende por completo entre a parede superior e a parede inferior da carcaça (10) (apesar de isso não ser essencial) e a barreira térmica (22) é cercada por um cilindro ou uma manga (60) de um material com baixa condutividade térmica. O comprimento do cilindro (60) é variável de modo que, no seu comprimento mínimo, ele se estenda aproximadamente até a extremidade da parede anelar (22), retendo, desse modo, o caminho do fluxo térmico entre o reservatório interno (20a) e o reservatório externo (20b), enquanto, no seu comprimento máximo, ele se estende até encostar na parede superior da câmera de resfriamento (50) ou da carcaça (10). Nesta configuração de comprimento estendido, o reservatório de fluido externo (20b) está em isolamento fluido e termicamente isolado (ou separado) do reservatório de fluido interno (20a).

[132] Em uma modalidade, prevê-se que a manga pode ser em forma de um fole (60) cujo comprimento natural é comparável com a altura das paredes (22), mas que pode ser esticado ou expandido de modo que possa fechar ou vedar o reservatório de fluido interno (20a). O fole (60) pode compreender uma estrutura bi-metálica configurada de modo que, quando frio, o fole expanda em direção à posição fechada.

[133] Tal configuração pode ser benéfica para aplicativos móveis em que o aparelho de refrigeração deve ser movido ou re-posicionado regular ou frequentemente. O movimento do aparelho e, portanto, do volume de fluido tende a agitar a água, perturbando o processo normal de deslocamento de fluido termicamente induzido.

[134] Na presente invenção, porém, quando agitada mediante o movimento do aparelho, a água mais fria no reservatório de fluido central 20a pode vazar para dentro do reservatório de fluido (20b), baixando desse modo a temperatura nele. Esta queda de temperatura “aciona” o fole (60) fazendo com que ele feche a fenda ou abertura (24) e, portanto, isole o reservatório de fluido central (20a), conforme demonstrado na Figura 9b.

[135] Quando o aparelho é reposicionado e a temperatura no reservatório de fluido externo (20b) sobe, o fole (60) contrai até seu comprimento natural, permitindo que o processo de deslocamento de fluido seja restabelecido.

[136] A superfície interna do fole (60) pode ser isolada para evitar a condução de calor significante através dele.

[137] Deve-se notar do exposto acima que o fole funciona como um tipo de válvula que pode fechar seletivamente, a fim de interromper o processo de condução térmica dentro do aparelho, e abrir quando o processo for restabelecido. Também se prevê que a disposição de tal válvula pode fazer com que a temperatura do fluido no reservatório de fluido externo (20b) varie. Em particular, ao reduzir o espaço vazio (24) entre a extremidade da parede (22) e a parede superior da câmera de resfriamento (50), por exemplo, estendendo parcialmente o fole (60), a condução térmica entre a água no reservatório de fluido central (20a) e a água no reservatório de fluido externo (20b) pode ser seletivamente ajustada, por exemplo, diminuída. Isso permite que a temperatura da água no reservatório de fluido externo (20b) aumente acima da temperatura crítica, o que pode ser benéfico, dependendo da natureza dos objetos ou itens contidos no compartimento de carga útil (12).

[138] Prevê-se que o fole (60) pode operar, ou seja, abrir e/ou fechar a qualquer temperatura desejada, dependendo da aplicação. Por exemplo, em um resfriador de bateria, o fole (60) pode fechar a uma temperatura de aproximadamente 25°C e liberar a água mais fria quando a temperatura da água no reservatório de fluido externo (20b) exceder este nível.

[139] Em algumas modalidades, uma válvula também pode ser usada em vez do fole, por exemplo, fendas com abertura ajustável, um fecho móvel, uma válvula de gaveta, uma válvula esférica, uma válvula borboleta ou qualquer outra válvula adequada.

[140] Em mais uma modalidade (não demonstrado) o fole (60) ou outro tipo de válvula é conectado através da parede superior da carcaça (10) a uma alça de transporte retrátil. A alça de transporte é movível entre a posição retraída e a posição de uso, sendo que esta última permite que o aparelho seja transportado pelo usuário. O fole (60) ou outra válvula é conectado à alça de modo que, na posição de uso da alça, o fole se estende até encostar na parede superior, vedando, desse modo, o reservatório central (20a) do reservatório de fluido externo (20b). No caso de outro tipo de válvula, o levantamento da alça pode fechar a válvula, por exemplo, levantando a cunha da válvula de gaveta para cima (ou ao movê-la para baixo), a fim de isolar o reservatório (20a) do reservatório (20b). Tal configuração garante que, durante o movimento do aparelho (1) que requer o uso de uma alça, os reservatórios são mutuamente isolados para restringir a mistura dos fluidos e a perturbação térmica consequente durante o transporte. Depois de reposicionar o aparelho, a alça é baixada ou retraída fazendo com que o fole (60) se retraia à sua posição aberta natural ou outro tipo de válvula abra.

[141] Prevê-se que a alça também pode ser conectada a uma porta ou fecho do aparelho de modo que o uso da alça não apenas levanta o fole ou fecha outro tipo de válvula e veda os reservatórios de fluido, mas também trava o fecho. A liberação da alça após o reposicionamento do aparelho contrai o fole ou abre outra válvula e destrava o fecho.

[142] Deve-se notar que o fole (60) descrito acima não se limita à modalidade das Figuras 9a e 9b e pode ser prontamente adaptado ou re-configurado para o uso nas modalidades das Figuras 2-8.

[143] Deve-se compreender também que, conforme observado acima, a alça retrátil descrita acima pode ser conectada a uma válvula que não inclui o fole. Com a alça na posição retraída, a válvula pode abrir; com a alça na posição de uso (quando o aparelho está sendo transportado), a válvula pode fechar.

[144] A descrição acima supõe que a densidade máxima da água ocorre a 4°C que é o caso de água pura. A temperatura em que a densidade máxima ocorre, pode ser alterada, introduzindo impurezas na água. Por exemplo, se o sal for adicionado à água a uma concentração de 3,5% (aproximadamente, a da água do mar), então a densidade máxima ocorre próximo a 2°C. Isso pode ser usado para ajustar a temperatura do espaço de carga útil para aplicações específicas. Outros aditivos podem ser empregados para aumentar ou baixar a temperatura crítica, conforme a necessidade.

[145] A Figura 10 demonstra mais uma modalidade em que a posição da parede (22) dentro do volume de fluido (14) é ajustável. Assim como com o fole (60) mencionado acima, o ajuste da posição da parede (22) permite que o processo de deslocamento seja modificado, por exemplo, tornado mais lento ou reduzido. Na modalidade demonstrada, a parede (22) é giratória sobre sua extremidade inferior para variar a área das aberturas superiores do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido (20a), (20b). Isso pode ser usado para afetar o fluxo de fluido entre o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido e, portanto, controlar a transferência térmica entre eles. Por exemplo, ao inclinar a parede (22) em direção ao compartimento de carga útil (12), a área da abertura superior do segundo reservatório de fluido (20b) é diminuída, reduzindo desse modo a taxa de deslocamento do fluido. Isso, por sua vez, permite que a temperatura do fluido no segundo reservatório de fluido (20b) seja mantida a temperaturas acima de 4°C se necessário. Deve-se notar no exposto acima que a parede móvel (22) nesta modalidade também funciona como uma válvula. Assim, pode-se considerar que a parede móvel (22) funciona como válvula.

[146] Mais um efeito útil proporcionado pela inclinação da parede (22) em direção ao compartimento de carga útil (12) é que a formação de gelo dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) pode ser facilitada sem bloquear o fluxo ascendente da água mais fria para dentro da área de mistura (26). O citado efeito é igualmente aplicável quando a parede (22) é permanentemente fixada a um ângulo inclinado ou inclinada em direção ao compartimento de carga útil, uma configuração que também é prevista nesta aplicação.

[147] Deve-se notar que algumas modalidades da presente invenção proporcionam um dispositivo inovador e inventivo para armazenar e resfriar tais artigos como vacinas, alimentos perecíveis assim como uma pluralidade de recipientes de bebidas como garrafas ou latas de bebidas, garantindo um armazenamento com temperatura controlada que pode ser mantida dentro de uma faixa de temperaturas desejável após a falta de energia elétrica suprida ao dispositivo por muitas horas. As modalidades da presente invenção regulam passivamente o fluxo de energia térmica dentro do dispositivo para permitir um armazenamento de produtos sensíveis à temperatura a longo prazo.

[148] Uma das características especialmente benéficas é que, nas modalidades da presente invenção, os reservatórios de fluido (20a), (20b) são dispostos de cada lado do compartimento de carga útil (12). Ao evitar o uso de um espaço livre acima do compartimento de carga útil, consegue-se maior versatilidade na definição de tamanho, formato e posição do compartimento de carga útil.

[149] Outras modalidades da presente invenção proporcionam um resfriador para resfriar artigos como, por exemplo, um resfriador de bateria para resfriar baterias como fonte de energia de emergência. Neste caso, a bateria pode ser alojada no compartimento de carga útil (12) ou em outra área que está em comunicação térmica com o segundo reservatório de fluido ou reservatórios de fluido externos (20b), (20b1), (20b2) (FIG. 6). Em uma modalidade, o fluido no segundo compartimento (20b) pode estar em comunicação fluida com o trocador de calor, a fim de resfriar a bateria, através de um ou mais dutos de fluido.

[150] Desse modo, o segundo reservatório de fluido (20b) funciona como uma fonte de líquido refrigerante para resfriar uma estrutura, um dispositivo ou um componente. Em algumas modalidades, o trocador de calor pode atravessar o segundo reservatório de fluido, por exemplo, em forma de conduto de fluido, sendo que o citado conduto permite a troca térmica entre o fluido que flui através do conduto, como um líquido ou gás, e o líquido no segundo reservatório de fluido (20b). O fluido que flui através do conduto pode ser, por exemplo, uma bebida, combustível como, por exemplo, um combustível líquido, combustível gasoso ou qualquer outro líquido adequado.

[151] As modalidades da presente invenção podem proporcionar um processo de transferência de calor lenta e/ou moderada principalmente mediante a condução térmica através do fluido, mas que, no início do sistema, pode ser realizado mais rápido para que o segundo reservatório de fluido e os reservatórios de fluido externos (20b), (20b1), (20b2) atinjam uma temperatura funcional mais rapidamente, por meio de deslocamento do fluido termicamente induzido dentro do volume de fluido.

[152] A Figura 11 é uma representação esquemática em corte transversal de mais uma modalidade em que a parede (22) é posicionada dentro do volume de fluido (14) de modo que um espaço vazio ou uma abertura estreita (30) se forme entre a borda inferior da parede (22) e a base da carcaça (10). O espaço vazio (30) permite que o líquido passe a partir do primeiro reservatório de fluido (20a) para o segundo reservatório de fluido (20b) e vice versa.

[153] Em algumas modalidades, uma ou mais fendas ou aberturas podem ser dispostas na área inferior da parede (22) para permitir que o fluxo de fluido através delas flua de um lado da parede para o outro. Em algumas modalidades, prevê-se uma parede basal que se estende verticalmente a uma distância relativamente pequena da base da carcaça (10), sendo que o espaço vazio (30) é provido entre a borda superior da parede basal e a parede (22).

[154] A presença do espaço vazio (30) facilita o resfriamento inicial mais rápido do líquido no segundo reservatório de fluido (20b) e, portanto, do compartimento de carga útil (12). Isto porque, após o resfriamento inicial, o fluido que foi resfriado pelo componente de resfriamento (28), pode, no início, descer à medida que resfria até sua temperatura crítica. Assim que estiver na área inferior do primeiro reservatório de fluido (20a), o fluido pode resfriar o fluido no segundo reservatório de fluido (20b). O resfriamento do fluido no segundo reservatório de fluido mediante a descida do fluido dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) pode ocorrer por meio de condução térmica. Além disso, o resfriamento pode ser feito mediante a passagem do fluido resfriado a partir do primeiro reservatório de fluido (20a) para o segundo reservatório de fluido (20b) através do espaço vazio (30).

[155] Deve-se compreender que, eventualmente, um estado de equilíbrio pode ser alcançado em que o fluido no primeiro reservatório (20a), que é resfriado pelo componente de resfriamento (28) abaixo da temperatura crítica, é deslocado para cima pela descida do fluido à temperatura crítica e (em algumas modalidades) encontra e se mistura com o fluido mais quente, por exemplo, a aproximadamente 10°C, disposto na área superior do segundo reservatório de fluido (20b). Assim, a transferência de calor a partir do fluido mais quente para o fluido mais frio ocorre dentro da área de mistura (26), fazendo com que a temperatura do fluido mais frio do primeiro reservatório de fluido (20a) e do fluido mais quente do segundo reservatório de fluido (20b) aumente e baixe, respectivamente, em direção à temperatura crítica. Desse modo, a área de mistura de fluidos (26) define a área de transferência térmica do aparelho (1) em que ocorre a transferência de calor entre os fluidos do primeiro reservatório de fluido e do segundo reservatório de fluido (20a), (20b). Deve-se compreender que, onde não se permite que os fluidos no primeiro reservatório de fluido e no segundo reservatório de fluido (20a), (20b) se misturem na área (26), a área (26) define que a área de transferência térmica não é a área de mistura de fluidos.

[156] Conforme descrito neste relatório descritivo, o componente de resfriamento (28) pode ser em forma de um corpo de gelo de água, por exemplo, uma bolsa de gelo ou gelo solto que é mantido submerso dentro do primeiro reservatório de fluido (20a), de modo opcional, em sua área inferior, por exemplo, a uma profundidade de um terço ou mais da profundidade total do primeiro reservatório de fluido (20a). O componente de resfriamento pode compreender um componente de resfriamento elétrico usado para resfriar o líquido no primeiro reservatório de fluido (20a). O componente de resfriamento pode ser usado para congelar o fluido no primeiro reservatório de fluido (20a), a fim de formar um corpo congelado. O fluido que está em comunicação térmica com o corpo congelado pode ser resfriado abaixo da temperatura crítica.

[157] Em algumas modalidades, o aparelho (1) pode abrir e fechar o espaço vazio (30). Por exemplo, após o acionamento do aparelho (1), quando o fluido no primeiro reservatório de fluido e no segundo reservatório de fluido (20a), (20b) resfriou o suficiente, o espaço vazio (30) pode ser fechado. O espaço vazio (30) pode ser fechado pelo movimento descendente da parede (22) caso o espaço vazio (30) seja provido entre a parede (22) e uma superfície basal da carcaça (10) ou uma parede basal, conforme descrito acima. Caso uma ou mais fendas ou aberturas sejam providas na parede (22), as fendas ou aberturas podem ser abertas ou fechadas por meio de um fecho. Outras configurações também são úteis.

[158] Em algumas modalidades, o espaço vazio (30) pode ser estabelecido (aberto) para prolongar o resfriamento útil após a falta de energia suprida ao componente de resfriamento (28) ou outro meio de resfriamento, por exemplo, devido ao derretimento do gelo na bolsa de gelo. Desse modo, o fluido à temperatura crítica na área inferior do primeiro reservatório (20a) pode receber a energia térmica do fluido mais quente no segundo reservatório de fluido (20b), resfriando o fluido no segundo reservatório (20b). Outras configurações também são úteis.

[159] A Figura 12 demonstra um aparelho (50) de acordo com uma modalidade da presente invenção em forma de um revestimento (50) enchido com líquido. O revestimento (50) é disposto dentro de um recipiente isolado e resfria um ou mais objetos dentro do recipiente.

[160] O revestimento (50) demonstrado na Figura 12 tem o formato de letra C em uma vista de plano. Ele compreende uma primeira área (52) dotada de um primeiro reservatório de fluido e um segundo reservatório de fluido (20a), (20b) (não demonstrado) separados por uma parede (22) (não demonstrado) de uma maneira semelhante à da configuração da Figura 2. O segundo reservatório de fluido (20b) está em comunicação térmica (e em algumas modalidades também fluida) com duas áreas laterais (54), (56) enchidas com líquido, as quais se projetam lateralmente a partir das extremidades opostas da primeira área (52). A primeira área (52) tem a mesma altura que as áreas laterais (54), (56) na modalidade da Figura 12 apesar de outras configurações também serem úteis.

[161] O revestimento (50) é enchido com fluido de modo de o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido (20a), (20b) e as áreas laterais (54), (56) são enchidos até um nível suficientemente alto. Então o fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) é resfriado por um componente de resfriamento (28) que pode ser, por exemplo, em forma de um componente de resfriamento elétrico (28) ou um corpo de líquido congelado conforme descrito acima. O componente de resfriamento (28) resfria o líquido no primeiro reservatório de fluido (28a) abaixo da temperatura crítica. Como no caso das modalidades descritas acima, o fluido no primeiro reservatório de fluido (20a), que é resfriado pelo componente de resfriamento (28) abaixo da temperatura crítica, é deslocado para cima pela descida do fluido à temperatura crítica, e encontra e se mistura com o fluido mais quente, por exemplo, a aproximadamente 10°C, disposto na área superior do segundo reservatório de fluido (20b). Desse modo, a transferência de calor a partir do líquido mais quente para o líquido mais frio ocorre dentro da área de mistura (26) (Figura 2), fazendo com que a temperatura do fluido mais frio do primeiro reservatório de fluido (20a) e do fluido mais quente do segundo reservatório de fluido (20b) aumente e baixe, respectivamente, em direção à temperatura crítica. Visto que o fluido no segundo reservatório de fluido na primeira área (52) do revestimento (50) está em comunicação térmica com o fluido nas áreas laterais (54), (56), ocorre o resfriamento do fluido nas áreas laterais.

[162] A vantagem da modalidade da Figura 12 em que as áreas laterais (54), (56) são providas em adição à primeira área consiste no fato de que se provê um aparelho (50) com uma área superficial maior em comparação com o aparelho que não possui as áreas laterais como, por exemplo, o aparelho da Figura 2.

[163] Além disso, o fato de o aparelho (50) ser provido na forma de um revestimento (50) permite a possibilidade de transformação de qualquer recipiente isolado adequado em aparelho de refrigeração mediante a inserção do revestimento (50) no aparelho. Portanto, as modalidades da presente invenção permitem que uma geladeira convencional seja transformada em um aparelho de refrigeração de acordo com uma modalidade da presente invenção mediante a inserção de um revestimento, como, por exemplo, o revestimento (50) da Figura 12, no aparelho.

[164] Deve-se compreender que revestimentos (50) de acordo com as modalidades da presente invenção podem ser providos de apenas uma área lateral (54), (56). O revestimento (50) pode ter uma ou mais áreas laterais (54), (56) com o formato e/ou tamanho diferente do formato e/ou tamanho das áreas laterais (54), (56) da modalidade da Figura 12. Em algumas modalidades, provê-se um aparelho que é adequado para a inserção em um recipiente isolado, sendo que o citado aparelho é similar ao aparelho da Figura 12, mas não possui uma ou mais áreas laterais (54), (56). O aparelho pode ser designado como aparelho “retro-ajustado” adequado para a inserção em um recipiente isolado como, por exemplo, uma geladeira convencional. Em algumas modalidades, o componente de resfriamento da geladeira convencional pode ser usado como o componente de resfriamento (28) do primeiro reservatório de fluido (20a). De modo alternativo, em algumas modalidades, o componente de resfriamento da geladeira convencional pode ser usado para resfriar o componente de resfriamento (28) do primeiro reservatório de fluido (20a). Outras configurações também são úteis.

[165] A Figura 12 é uma vista frontal do aparelho (1) de acordo com uma modalidade da presente invenção com a parte frontal da carcaça do aparelho removida, enquanto a Figura 14 é uma vista lateral do aparelho com a parte lateral do corpo do aparelho removida. O aparelho funciona de uma maneira semelhante à Figura 2. Como no caso de cada uma das Figuras, os componentes das modalidades respectivas são providos de números de referência correspondentes.

[166] A diferença do aparelho da Figura 13 e da Figura 14 do descrito acima consiste no fato de que o volume de carga útil (12) é menor e ele é imerso dentro de fluido no segundo reservatório de fluido (20b). Além disso, os receptáculos (42) também são imersos no fluido no segundo reservatório de fluido (20b) em que os artigos podem ser colocados para armazenamento.

[167] Múltiplas aberturas (40) são providas em cada uma das paredes laterais (10a), (10b) da carcaça (10), sendo que cada uma delas define uma abertura para o respectivo receptáculo (42). Na modalidade demonstrada, os receptáculos são usados para reter um recipiente de bebida como, por exemplo, uma garrafa ou uma lata de bebida gaseificada (44). Na modalidade demonstrada, vinte receptáculos (42) são providos, sendo que cada parede lateral (10a), (10b) compreende dez aberturas (40) em duas fileiras horizontais de cinco. Os receptáculos são dispostos aproximadamente na metade da altura dentro da carcaça (10), entre o recipiente de carga útil (12) e uma parede superior (10c) do recipiente (10).

[168] Cada receptáculo (42) compreende um tubo fechado direcionado para dentro, um soquete ou bolsa (46), o qual, na modalidade demonstrada é de um material flexível ou elastomérico, como, por exemplo, borracha, e tem o formato de um cone, sendo mais estreito na sua extremidade fechada do que na extremidade adjacente à abertura (40).

[169] Cada bolsa (46) é dimensionada de tal forma que a inserção de um recipiente de bebida (44) nela faz com que o material elastomérico se estique ao redor do corpo do recipiente. Isso permite que o recipiente (44) seja agarrado com firmeza pela bolsa (46), impedindo sua caída durante o uso ou transporte. Além disso, a área superficial da bolsa (46) que está em contato físico com o recipiente (44) é aumentada, melhorando ou otimizando desse modo a transferência térmica entre o fluido no segundo reservatório de fluido (20b) e o recipiente (44).

[170] Para evitar que a pressão do fluido no segundo reservatório (20b) faça com que a bolsa (46) se dobre ou sofra prolapso através da abertura (40), as bolsas opostas (46) são fixadas uma a outra em suas extremidades fechadas. Em uma modalidade alternativa (não demonstrado), a extremidade fechada de cada bolsa (46) é fixada ou presa à superfície interna da parede oposta do recipiente (10). Outras configurações também são úteis.

[171] Ao invés de usar bolsas afiladas, conforme demonstrado, qualquer outro formato pode ser empregado, inclusive bolsas tubulares não afiladas. Em algumas modalidades, os tubos podem ser formados de um material rígido, dotados de uma parede com baixa resistência térmica o suficiente para permitir o resfriamento eficaz de artigos dispostos neles. Em algumas modalidades, o aparelho pode permitir que artigos sejam inseridos em um tubo em uma extremidade e retirados da outra extremidade. Outras configurações também são úteis.

[172] A Figura 15 é uma vista frontal do aparelho (1) de acordo com mais uma modalidade da presente invenção com a parte frontal da carcaça (10) do aparelho removida e a Figura 16 é uma vista lateral do aparelho (1) com a parte lateral do carcaça (10) removida. O aparelho é semelhante ao das Figuras 13 e 14 exceto que as bolsas (46) foram substituídas por trocadores de calor em forma de tubo (42) disposto dentro do segundo reservatório (20b). O tubo (42) estende-se entre a primeira abertura e a segunda abertura (40a), (40b) formadas nas paredes laterais (10a), (10b) da carcaça (10). Uma das aberturas (40a) define uma entrada para o fluido que flui para dentro do tubo do trocador de calor (42) enquanto a outra abertura (40b) define uma saída para o fluido.

[173] Na modalidade demonstrada, a parte principal do tubo (42) tem o formato helicoidal dotado de múltiplas espirais para maximizar o comprimento do tubo o qual é imerso no segundo reservatório (20b) sem aumentar de maneira significativa o volume da embalagem, o que poderia reduzir o espaço disponível para o recipiente de carga útil (12).

[174] As aberturas (40) que definem cada extremidade do tubo de trocador de calor (42) podem ser formadas do mesmo lado (10a) da carcaça, conforme demonstram as Figuras, ou podem ser formados nos lados adjacentes ou opostos. Múltiplos trocadores de calor podem ser providos no aparelho (1), dependendo do espaço disponível. O tubo de trocador de calor (42) é disposto aproximadamente à meia altura dentro da carcaça (10), entre o recipiente de carga útil (12) e uma parede superior (10c) da carcaça (10).

[175] O tubo (42) do trocador de calor pode ser formado de qualquer material adequado. Porém, prefere-se material dotado de alta condutividade termal para otimizar a transferência de calor entre o fluido que passa através do tubo (42) e o fluido dentro do segundo reservatório (20b). Em uma modalidade, por exemplo, o tubo (42) é formado de um material metálico como, por exemplo, cobre, aço inoxidável ou qualquer outro material adequado.

[176] O fluido a ser resfriado, como água ou bebida gaseificada ou sem gás, pode ser suprido de um recipiente de armazenamento como garrafa ou barril, para o tubo do trocador de calor (42) através da entrada (40a) por meio de um compressor ou bomba de fluido ou por alimentação por gravidade. O calor do fluido no tubo (42) é transferido para a água fria circundante contida no segundo reservatório (20b) do aparelho (1) mediante a condução térmica através da parede do tubo (42) de modo que sua temperatura é baixada. Então, o fluido resfriado é expulso através da saída (40b) e levado a um aparelho de liberação de bebidas adequado.

[177] Portanto, a temperatura do fluido que sai pela saída (40b) depende da temperatura da água que circunda o tubo (42), do comprimento do tubo (42) e do tempo que leva para passar entre a entrada (40a) e a saída (40b). Em algumas modalidades, a localização do tubo (42) dentro do segundo reservatório de fluido (20b) pode ser escolhida para proporcionar uma temperatura desejada do líquido liberado a um dado fluxo de líquido através do tubo (42).

[178] As modalidades da presente invenção também são adequadas para proporcionar um fluxo de gás resfriado (ou refrigerado) como ar. O gás mais frio pode ser usado para resfriar um ambiente como, por exemplo, um prédio, um artigo ou para qualquer outra aplicação de resfriamento adequada.

[179] A Figura 17 demonstra a variação da duração da bateria (abscissa) com relação à temperatura com o passar do tempo. De acordo com a equação de Arrhenius, a vida útil da bateria diminui exponencialmente com o aumento da temperatura e a regra geral é que a vida útil da bateria diminui 50% para cada aumento de 10°C na temperatura da bateria.

[180] Desse modo, conforme pode ser visto na Figura 17, a vida útil de uma bateria que opera a uma temperatura de 35°C (linha 35) é aproximadamente a metade da de uma bateria que opera a uma temperatura de 25°C (linha 25) e aproximadamente 25% da de uma bateria que opera a uma temperatura de 15°C (linha 15).

[181] Deve-se compreender que a temperatura operacional da bateria depende da temperatura do ambiente e do consumo corrente da bateria que também tem um efeito de aquecimento sobre a bateria, e, desse modo, a temperatura de uma bateria em operação à temperatura ambiente de 15°C pode ser semelhante a ou até mais alta do que a de uma bateria quiescente à temperatura ambiente de 35°C. Assim, a operação de baterias por longos períodos de tempo em altas temperaturas ambiente pode reduzir a vida útil da bateria em mais de 75%, necessitando-se sua troca. Porém, o custo e a logística de troca de baterias podem ser proibitivos em países subdesenvolvidos ou áreas geograficamente remotas.

[182] A Figura 18 é uma vista esquemática de uma modalidade do aparelho de acordo com a presente invenção, usando-se geralmente o número de referência (100). O aparelho (100) é destinado ao resfriamento de uma ou mais baterias, mas o aparelho (100) também é adequado para resfriar outros artigos. Na modalidade demonstrada, o aparelho (100) resfria uma única bateria (40). Neste relatório descritivo, o termo “bateria” é usado para abranger ou uma única bateria ou célula ou uma pluralidade de células que formam em conjunto uma bateria. As modalidades da presente invenção podem ser usadas para resfriar cada uma das múltiplas células ou uma única bateria que compreende tal pluralidade.

[183] O aparelho (100) compreende uma unidade de resfriamento (1) semelhante à demonstrada na Figura 2 exceto que a unidade (1) não tem o compartimento de carga útil (12). Em vez disso, o segundo reservatório de fluido (20b) está em comunicação fluida com um trocador de calor (51) de um módulo de resfriamento (50) através de um conduto de fluido. O conduto (10) é dimensionado para ter uma área de seção transversal grande o suficiente para a aplicação e condições de operação específicas.

[184] Na modalidade demonstrada, o fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) (não demonstrado) e no segundo reservatório de fluido (20b) é, em grande medida, água apesar de outros fluidos também serem úteis. Em cada modalidade descrita neste relatório descritivo, os reservatórios (20a), (20b), de preferência, não estão completamente enchidos com fluido para permitir a expansão do volume de fluido devido às alterações na temperatura durante o uso. Uma válvula pode ser disposta para permitir que a pressão de qualquer gás na carcaça (10) acima do nível de fluido nos reservatórios (20a), (20b) permaneça em equilíbrio com a atmosfera.

[185] Conforme observado acima, um conduto de fluido ou cano (18) conecta o fundo do segundo reservatório de fluido (20b) a um trocador de calor (51) de modo que o trocador de calor (51) e o reservatório (20b) estejam em comunicação fluida. Ou seja, o reservatório (20b) e o trocador de calor (51) formam uma única câmara contígua de fluido.

[186] O trocador de calor (51) compreende um recipiente cubóide de paredes finas com uma razão relativamente alta entre a área superficial e o volume. Na modalidade demonstrada, o formato do trocador de calor (51) é retangular com a altura e a largura significativamente maiores do que sua profundidade. De modo conveniente, embora não essencialmente, o tamanho e a área superficial do trocador de calor (51) geralmente correspondem ao formato da bateria (40) a ser resfriada.

[187] No entanto, o formato do trocador de calor (51) pode ser qualquer um de acordo com a aplicação desejada apesar de que altas razões entre a área superficial e o volume possam otimizar a transferência de calor entre o fluido e a bateria (40). Convenientemente, o trocador de calor é formado de um material dotado de alta condutividade térmica ou transmissividade como, por exemplo, um material metálico, novamente, a fim de melhorar a transferência de calor. Apesar de não ser demonstrado nos desenhos, o trocador de calor (51) é perfurado com aberturas que se estendem a partir de uma superfície radiante à outra e cujo propósito é descrito abaixo.

[188] O trocador de calor (51) é disposto em um invólucro (55) de modo que, geralmente, fica em posição vertical, próximo ou adjacente à bateria (40) a ser resfriada. O invólucro (55) tem uma entrada de ar em comunicação fluida com um ventilador ou compressor (60) através de um duto (58). O ventilador ou compressor (60) puxa o ar do ambiente e bombeia-o para dentro do invólucro (55) através do duto (58) e da entrada (56).

[189] Conforme demonstrado na Figura 19, o invólucro (55) compreende múltiplos condutos de troca que passam através do trocador de calor (51) entre suas paredes opostas. As aberturas são dispostas nas paredes opostas, deixando o ar que flui através do conduto (58) fluir através do trocador de calor através de múltiplos condutos de troca (52). Então, o ar que passou através dos condutos (52) é direcionado para fluir sobre a bateria (40). Em outras palavras, o ar puxado para dentro do duto (58) pelo ventilador ou compressor (60) flui para dentro do invólucro (55) através da entrada (56) e passa através dos condutos de troca (52) em direção à bateria (40). Ao passar pelo invólucro (55), uma parte de ar flui em torno do trocador de calor (51) enquanto a maior parte de ar flui através dos condutos de troca (52) formados nele. O diâmetro das aberturas nas paredes opostas do trocador de calor (51) é relativamente pequeno de modo que o ar expulso adquira o formato de múltiplos jatos de ar finos que são direcionados para a superfície externa da bateria (40). O diâmetro das aberturas pode ser menor do que os condutos de troca a fim de aumentar o tempo de permanência de gás dentro dos condutos (52), permitindo a redução adicional da temperatura do gás que passa através dos condutos (52).

[190] A operação do aparelho da Figura 19 será descrita a seguir.

[191] Conforme discutido acima, o fluido no segundo reservatório de fluido (20b) pode ser mantido à temperatura crítica do fluido devido à densidade máxima do fluido como função da temperatura à temperatura crítica. Se o fluido no trocador de calor (55) estiver a uma temperatura acima da do fluido no segundo reservatório de fluido (20b), o fluido no segundo reservatório de fluido (20b) descerá sobre gravidade através do conduto (18), forçando o fluido no trocador de calor (55) a subir.

[192] Deve-se compreender que uma corrente de convecção pode se formar dentro do volume de fluido definido pelo segundo reservatório de fluido (20b) e pelo trocador de calor (55) onde o fluido resfriado (por exemplo, água) desce a partir do reservatório (20b) através do conduto de fluido (18) para o trocador de calor (55), deslocando desse modo o fluido mais quente (e, portanto, menos denso) para baixo. A citada água mais quente sobe no reservatório (20b) através do conduto (18) e, por sua vez, é resfriada na área de transferência térmica (26) (Figura 2). A temperatura do fluido no segundo reservatório (20b) sobe devido ao fluido mais quente que entra no reservatório (20b). Eventualmente, a taxa de convecção diminui fazendo com que o fluido dentro do trocador de calor (51) fique comparativamente estagnado a uma temperatura inferior à qual, do contrário, seria alcançada se o trocador de calor (51) não estivesse em comunicação fluida com o fluido no segundo reservatório (20b).

[193] A configuração da Figura 18 permite que o calor da bateria (40) seja absorvido pelo gás resfriado que flui sobre ela, baixando desse modo a temperatura da bateria (40). Portanto, a bateria (40) sujeita a altas temperaturas ambientes pode ser resfriada de uma maneira simples e eficaz, permitindo que ela seja mantida a uma temperatura mais baixa e atenuando os efeitos adversos de altas temperaturas ambientes sobre a vida útil da bateria.

[194] Deve-se compreender que o calor absorvido do fluxo de ar ambiental através dos condutos de troca de calor (52) aumenta a temperatura do fluido neles. Em algumas modalidades e em algumas configurações, o calor absorvido pelo fluido no trocador de calor (51) pode ser transferido para o fluido acima (no segundo reservatório de fluido (20b)) de uma das duas maneiras, dependendo do gradiente de temperatura dentro do volume de fluido.

[195] Tomando água como exemplo de fluido, se a temperatura da água no sistema for substancialmente uniforme de aproximadamente 4°C, o aumento da temperatura da água no trocador de calor (51) diminui sua densidade com relação à água acima. Desse modo, se forma uma corrente de convecção onde a água mais quente e, portanto, menos densa no trocador de calor (51) é deslocada pela água mais fria acima. A água mais quente sobe em direção do reservatório (20b) onde ela é resfriada novamente no segundo reservatório de fluido (20b) e/ou área de transferência térmica (26) e então desce de volta para o trocador de calor (51). Desse modo, o calor é transferido do trocador de calor (51) para o reservatório (20b) principalmente pela convecção.

[196] Enquanto o fornecimento de energia ao componente de resfriamento movido a energia elétrica (28) for mantido e o ventilador ou compressor (60) ainda estiver operando, esta recirculação dentro do volume de água definido pelo reservatório (20b) e pelo trocador de calor (51) pode continuar indefinidamente, mantendo vantajosamente a bateria (40) a uma temperatura inferior à temperatura ambiente e prolongando desse modo sua vida útil.

[197] Por outro lado, se a temperatura da água na área de transferência térmica (26) for suficientemente inferior à da água no trocador de calor (51), a densidade da água no trocador de calor (51) pode permanecer superior à da água na área de transferência térmica (26), apesar do aumento da temperatura devido ao fluxo de gás através dos condutos de troca (52). Desse modo, a água no trocador de calor (51) tende a permanecer no trocador de calor (51) e a circulação da água não ocorre.

[198] Em algumas modalidades, o calor absorvido pela água no trocador de calor (51) é transferido para a água mais fria no reservatório (20b), principalmente, pela condução. A taxa de transferência de calor pode depender do diferencial de temperatura entre o trocador de calor (51) e o reservatório (20b).

[199] Novamente, enquanto o fornecimento de energia ao componente de resfriamento (28) e ao ventilador ou compressor (60) for mantido, o diferencial de temperatura negativa relativamente grande pode ser mantido entre a água no trocador de calor (51) e a água no reservatório (20b). Desse modo, a transferência de calor do trocador de calor (51) pode continuar indefinidamente, mantendo de modo vantajoso a bateria (40) a uma temperatura inferior à temperatura ambiente e prolongando sua vida útil.

[200] Até mesmo se o fornecimento de energia da fonte de energia externa falhar, por exemplo, durante um blecaute ou após um evento inesperado, de modo que a energia não é mais fornecida ao componente de resfriamento (28), o aparelho (10) é capaz de proporcionar um efeito de resfriamento temporário sobre a bateria (40). Caso o aparelho utilize um fluido de mudança de fase como água que congela na área do componente de resfriamento (28), o fluido congelado pode levar várias horas para derreter, sendo que durante este período, o resfriamento de fluido no primeiro (e, portanto, no segundo) reservatório de fluido (20a), (20b) continua. Devido à alta capacidade de calor específica da água, o volume de água no aparelho (10) é capaz de absorver uma grande quantidade de calor do ar ambiental que flui através dele, sem um aumento significativo da temperatura.

[201] A título de exemplo, um sistema que contém 1000 litros de água a uma temperatura média de 4°C precisaria de absorção de aproximadamente 130 MJ de calor do ar que flui através dela antes que sua temperatura alcance 35°C. Se a temperatura do fluido no segundo reservatório de fluido (20b) fosse inferior a 4°C no momento em que o fornecimento de energia aos componentes de resfriamento (14) é cortado, a quantidade de energia que pode ser absorvida aumentaria.

[202] Deve-se considerar que as modalidades da presente invenção proporcionam um método e um aparelho simples, mas eficazes para resfriar um ou mais artigos como, por exemplo, uma ou mais baterias. Durante os períodos em que a energia da rede de energia elétrica ou de outras fontes de energia elétrica externas é disponível, as modalidades da presente invenção podem resfriar as baterias até uma temperatura significativamente inferior à temperatura ambiente, preservando desse modo sua vida útil. Após a falta de energia elétrica, as modalidades da presente invenção são capazes de manter o efeito de resfriamento sobre as baterias a fim de reduzir sua taxa de aumento da temperatura e desse modo, pelo menos, parcialmente atenuar o efeito adverso da temperatura sobre a vida útil das baterias.

[203] Algumas modalidades da presente invenção realizam um processo de transferência de calor relativamente lento e/ou moderado, principalmente, pela condução térmica através do fluido, mas que, no início do sistema, pode ser realizado mais rapidamente a fim de baixar a temperatura do fluido no trocador de calor até a temperatura de trabalho mais rapidamente por meio de correntes de convecção termicamente induzidas dentro do volume de fluido.

[204] A modalidade descrita acima representa uma forma vantajosa da presente invenção, mas é proporcionada somente a título de exemplo e não pretende ser limitativa. Neste sentido, prevê-se que várias modificações e/ou melhorias nas modalidades da presente invenção poderão ser feitas dentro do escopo das reivindicações em anexo.

[205] Por exemplo, enquanto o aparelho (100) da Figura 8 é demonstrado resfriando uma única bateria (40), o aparelho (100) pode ser igualmente usado para resfriar múltiplas baterias, conforme demonstra a Figura 20. Nesta modalidade, um segundo invólucro (55b) e um trocador de calor (51b) são dispostos adjacentes à segunda bateria (40b) e o duto (58) é estendido para comunicação com eles. De modo igual, um segundo conduto de fluido (18b) é disposto entre o reservatório (20b) e o segundo trocador de calor (51b). Onde mais baterias devem ser resfriadas pelo aparelho (100), esses componentes serão duplicados conforme a necessidade. Deve-se notar que à medida que a quantidade de baterias aumenta, poderá ser necessário aumentar o tamanho do reservatório (20b) para aumentar a capacidade térmica do sistema.

[206] Em uma modalidade (não demonstrado), o trocador de calor (51) ou cada trocador de calor (51) pode comunicar-se com o reservatório (20b) por condutos de fluido duplos (18) para facilitar a recirculação da água dentro do sistema. Cada conduto de fluido (18) do par pode estar aberto para o trocador de calor (20) respectivo em locais espaçados, por exemplo, em suas extremidades opostas à maneira de um radiador de convecção convencional. Outras configurações também serão úteis.

[207] A quantidade e o tamanho das aberturas (30) (e condutos de troca (52)) no invólucro (55) podem ser selecionados conforme desejado. Porém, considera-se que múltiplos orifícios de pequeno diâmetro, que produzem uma série de jatos de ar finos, podem ajudar na penetração da camada limite na superfície da bateria (40) e, desse modo, facilitar a transferência de calor da bateria (40). Porém, a localização do trocador de calor (51) ou de cada trocador de calor (51) no invólucro (55) não é essencial em si e o trocador de calor (51) pode ser posicionado simplesmente próximo ou adjacente à bateria (40) ou pode ser montado diretamente em cima dele.

[208] Também se prevê que, se o trocador de calor (51) for montado em contato físico com a bateria (40), isso pode proporcionar um efeito resfriador suficiente sem a necessidade de um fluxo de ar. Neste caso, o ventilador (60), o duto (58) e o invólucro (55) podem ser eliminados do sistema.

[209] O ventilador ou compressor (60) pode ser um dispositivo de baixo consumo de energia, obtendo a energia de uma fonte de energia externa ou, se a fonte de energia externa falhar, da bateria (40) em si. O uso de células fotovoltaicas para fornecer energia ao ventilador ou compressor (60) é considerado especialmente vantajoso.

[210] De modo igual, o componente de resfriamento (28) pode obter a energia de células fotovoltaicas. Em tal configuração, a falta de energia elétrica devido à redução de energia solar disponível coincide com períodos de escuridão ou condições ruins do tempo quando a temperatura ambiente é mais baixa e, portanto, a necessidade de resfriar as baterias é reduzida.

[211] Não é essencial que o reservatório (20b) e o trocador de calor (51) formem um único volume contínuo. Em uma modalidade, o trocador de calor pode ser usado para troca de calor entre o fluido no reservatório (20b) e o fluido no conduto (18). Assim, no mínimo, dois corpos de fluido separados podem ser providos, sendo que um compreende o fluido no reservatório (20b) e um compreende o fluido no conduto e no trocador de calor. Outras configurações também são úteis. Por exemplo, em adição a ou ao invés disso, o fluido no conduto (18) pode estar em isolação fluida do fluido do trocador de calor (51), mas em comunicação térmica com ele.

[212] Em uma modalidade da Figura 19, uma válvula limitadora ajustável V é provida em uma junção entre o segundo reservatório de fluido (20b) e o conduto (18). A válvula V reduz a área de seção transversal do caminho a partir do reservatório (20b) até o conduto (18). Esta característica permite controlar a temperatura do fluido no trocador de calor (51). Em algumas modalidades, a válvula V pode ser controlada por um acionador, dependendo da temperatura do fluido no trocador de calor, do fluido no reservatório (20b) ou dependendo de qualquer outra temperatura como temperatura do ar ambiental. Ao invés da válvula V (como válvula borboleta, válvula de gaveta ou qualquer outra válvula adequada V), a área de seção transversal do caminho através do conduto (18) pode ser variada, por exemplo, esticando o conduto (18) para reduzir sua área de seção transversal, comprimindo o conduto (18) ou usando qualquer outro método adequado.

[213] A Figura 21 demonstra um aparelho de acordo com mais uma modalidade da presente invenção em que o conduto (18) não é necessário. Na modalidade da Figura 21, o segundo reservatório de fluido (20b) é provido de múltiplos condutos de troca (51) que passam diretamente através dele de um lado para o outro. De maneira semelhante à da modalidade da Figura 20, um ventilador, ventoinha ou compressor (60) é disposto para forçar o gás como ar ambiental, através do conduto (58) que está em comunicação fluida com os condutos de troca (52). O ar que passou através dos condutos de troca (52) é direcionado para fluir sobre o artigo a ser resfriado, neste exemplo, uma bateria (40).

[214] Na modalidade da Figura 21, a parede que forma o meio em forma de dique (21) é oca e define uma parte do conduto (58) entre o ventilador (60) e os condutos de troca (52). Em algumas modalidades, uma parte da parede (22) que está de frente ao primeiro reservatório de fluido (20a) é provida de uma camada de isolamento. Isso reduz a transferência de energia térmica entre o gás que passa através da parede oca (22) e o fluido no primeiro reservatório (20a).

[215] A configuração da Figura 21 demonstra os condutos de troca (52) que passam através do segundo reservatório de fluido (20b) em uma direção oposta ao primeiro reservatório de fluido (20a) e em direção (e através de) uma parede posterior (10d) do reservatório (20b). Em algumas modalidades alternativas, em adição a ou ao invés disso, os condutos de troca (52) podem passar através do segundo reservatório de fluido (20b) por via de (através de) paredes laterais esquerda e direita (10a), (10b) (indicado na modalidade da Figura 13). Em algumas modalidades, os condutos de troca (52) podem passar através do segundo reservatório de fluido (20b) em uma direção ortogonal à dos condutos de troca (52) da modalidade da Figura 21.

[216] Deve-se compreender que, nas modalidades descritas neste documento, a temperatura em que o fluido (como água) no sistema tem a densidade máxima, pode ser variada por meio de um aditivo como sal. Por exemplo, a adição de sal como cloreto de sódio ou cloreto de potássio pode baixar a temperatura em que o fluido como água tem a densidade máxima. Outros fluidos que apresentam o coeficiente de expansão térmica negativa (ou seja, uma redução da densidade com temperatura decrescente) abaixo de certa temperatura crítica e o coeficiente de expansão térmica positivo acima daquela temperatura crítica também podem ser úteis.

[217] As modalidades descritas acima representam formas vantajosas de realização das modalidades da presente invenção apenas a título de exemplo e não pretendem ser limitativas. Neste sentido, prevê-se que várias modificações e/ou melhorias na invenção poderão ser feitas dentro do escopo das reivindicações em anexo.

[218] Em todo o relatório descritivo e nas reivindicações, as palavras “compreender” e ”conter” e suas variações, por exemplo, “compreendendo” e “contendo”, significam “inclusive, mas sem se limitar a”, e não pretendem (e não excluem) outros quinhões, aditivos, componentes, números inteiros ou passos.

[219] Em todo o relatório descritivo e nas reivindicações, o singular abrange o plural a menos que o contexto exija o contrário. Em particular, onde o artigo indefinido é usado, deve-se compreender que o relatório descritivo como contempla pluralidade assim como singularidade a menos que o contexto exija o contrário.

[220] Deve-se compreender que componentes, números inteiros, características, compostos, quinhões ou grupos químicos descritos em conjunto com um aspecto, modalidade ou exemplo em particular são aplicáveis a qualquer outro aspecto, modalidade ou exemplo descrito neste documento a menos que sejam incompatíveis.

Claims

1. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), que compreende: um primeiro reservatório de fluido (20a) e um segundo reservatório de fluido (20b), o primeiro (20a) e o segundo reservatórios de fluido (20b) definidos por um açude (22) que divide os referidos primeiro (20a) e segundo reservatórios de fluido (20b); o primeiro reservatório (20a) e o segundo reservatório de fluidos (20b) configurados para serem totalmente preenchidos com um líquido de transmissão; uma região de transferência térmica (26) disposta entre as respectivas regiões superiores do primeiro (20a) e do segundo reservatório de fluido (20b), em que a região de transferência térmica (26) é configurada para permitir a transmissão térmica contínua entre o primeiro reservatório de fluido (20a) e o segundo reservatório de fluido (20b) através do líquido de transmissão; um elemento de resfriamento (28) disposto em uma região inferior do primeiro reservatório de fluido (20a); um contêiner de carga útil externo (12a) ao segundo reservatório de fluido (20b) e compartilhando uma parede lateral termicamente condutora com o segundo reservatório de fluido (20b); o aparelho configurado para permitir que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) a uma temperatura abaixo de uma temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) suba para uma região superior do primeiro reservatório de fluido (20a) e para permitir que o fluido dentro do segundo reservatório de fluido (20b) a uma temperatura abaixo de uma temperatura crítica para subir para uma região superior do segundo reservatório de fluido (20b), para permitir que a transferência térmica ocorra na região de transferência térmica (26) entre o fluido que subiu no primeiro reservatório de fluido (20a) e o fluido que subiu no segundo reservatório de fluido (20b), a temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) sendo uma temperatura do fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) na densidade máxima, de modo que o fluido à temperatura crítica na região de transferência térmica (26) afunde pelo menos no segundo reservatório de fluido (20b), caracterizado pelo fato de que o citado segundo reservatório de fluido (20b), dito em forma de que compreende uma parede ou outra estrutura que se estende dentro do volume do recipiente sendo que o primeiro reservatório de fluido (20a) e o segundo reservatório de fluido (20b) são definidos pelos respectivos volumes de cada seu lado.

2. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em forma de dique se estende a partir da parede inferior do recipiente (10d) em direção à parede superior do recipiente (10c).

3. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma extremidade superior de barragem está afastada da parede superior do recipiente (10c), de modo a definir um espaço, abertura ou fenda (24) entre o espaço e compreende a região de transferência térmica (26).

4. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o espaçamento é ajustável por meio de ajuste, tais como válvula.

5. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a forma de dique se estende entre a parede inferior (10d) e a parede superior do recipiente (10c) e incluiu uma ou mais aberturas ou fendas (24) dispostas em sua área superior.

6. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um tamanho ou número de uma ou mais aberturas ou fendas (24) pode ser ajustável desse modo para permitir o controle da temperatura do fluido no segundo reservatório (20b).

7. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o primeiro (20a) e o segundo reservatórios de fluido (20b) estão em comunicação fluida através da referida região de transferência térmica (26).

8. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro (20a) e o segundo reservatórios de fluido (20b) estão em isolamento de fluido um do outro.

9. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender uma barreira termicamente condutiva (16) impermeável a fluidos, disposta entre as áreas superiores do primeiro reservatório de fluido (20a) e do segundo reservatório de fluido (20b).

10. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com quaisquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um ou ambos do primeiro (20a) e segundo reservatórios de fluido (20b) contêm um fluido com o coeficiente de expansão térmica negativo abaixo da temperatura crítica e o coeficiente de expansão térmica positivo, acima da temperatura crítica.

11. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com quaisquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o primeiro (20a) e o segundo reservatório de fluido (20b) contêm substancialmente o mesmo fluido.

12. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com quaisquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o primeiro (20a) e o segundo reservatório de fluido (20b) contêm fluidos diferentes.

13. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os fluidos contidos no primeiro reservatório (20a) e o segundo reservatório de fluido (20b) apresentam temperaturas críticas diferentes.

14. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o fluido compreende água ou um fluido com propriedades térmicas semelhantes à água.

15. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o elemento de resfriamento resfria o fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) até uma temperatura abaixo de sua temperatura crítica.

16. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) a uma temperatura acima ou abaixo da temperatura crítica é deslocado em direção à região superior do primeiro reservatório de fluido (20a) por fluido na temperatura crítica.

17. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) a uma temperatura abaixo da temperatura crítica e deslocado para a área superior do primeiro reservatório de fluido (20a) passa pelo processo de transferência térmica na área de transferência térmica (26) com o fluido do segundo reservatório de fluido (20b) a uma temperatura acima da temperatura crítica e, de modo opcional, ainda passa pelo processo de mistura.

18. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o fluido à temperatura crítica disposto na área de transferência térmica (26) desce dentro da área inferior do segundo reservatório de fluido (20b).

19. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o elemento de resfriamento (28) compreende uma unidade ou elemento de refrigeração disposto para resfriar o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido (20a), opcionalmente além de uma unidade de fonte de alimentação para fornecer energia à unidade de refrigeração.

20. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende um sensor operável para interromper o resfriamento pelo elemento de resfriamento (28) após a detecção de fluido abaixo de uma temperatura prescrita.

21. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que compreende um sensor operável para interromper o resfriamento pelo elemento de resfriamento após a detecção de fluido substancialmente congelado.

22. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de resfriamento (28) compreende uma massa térmica que, em uso e pelo menos inicialmente, está a uma temperatura abaixo de uma temperatura crítica do fluido.

23. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a massa térmica compreende um corpo de gelo de água.

24. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio em forma de dique compreendem pelo menos um dentre: uma parede cilíndrica, com o primeiro reservatório de fluido (20a) definido dentro da parede e o segundo reservatório de fluido (20b) definido fora da parede; e uma parede geralmente plana, com o primeiro (20a) e o segundo reservatórios de fluido (20b) sendo dispostos, respectivamente, em lados opostos da parede em um arranjo lado a lado.

25. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender uma válvula para dificultar ou evitar a transferência térmica entre o fluido contido no primeiro reservatório de fluido (20a) e o fluido contido no segundo reservatório de fluido (20b).

26. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a válvula é operada seletivamente para isolar de modo térmico e/ou fluido o fluido contido no primeiro reservatório de fluido (20a) e o fluido contido no segundo reservatório de fluido (20b).

27. APARELHO DE REFRIGERAÇÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um terceiro reservatório de fluido (20b1), o primeiro reservatório de fluido (20a) sendo disposto para ser provido com os meios de resfriamento e sendo disposto entre o segundo (20b) e o terceiro reservatório de fluido (20b1), em que a região de transferência térmica (26) é disposta entre as respectivas regiões superiores do primeiro (20a), segundo (20b) e terceiro reservatórios de fluido (20b1) para permitir a transferência térmica entre o fluido nele contido.

28. REFRIGERADOR (10), caracterizado por ser disposto para ser disposto dentro de um refrigerador convencional ou similar, em que o elemento de resfriamento (28) existente ou em um sistema de resfriamento existente do refrigerador (10), e em que o aparelho está configurado para ser posicionado dentro do refrigerado (10), de modo que o primeiro reservatório de fluido (20a) esteja em comunicação térmica com o sistema existente, de modo a resfriar o fluido nele.

29. MÉTODO, caracterizado pelo fato de que compreende: resfriar um fluido em uma região inferior de um primeiro reservatório de fluido (20a) com um elemento de resfriamento (28) posicionado na região inferior do primeiro reservatório de fluido (20a); permitir que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) a uma temperatura abaixo de uma temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) suba para uma região superior do primeiro reservatório de fluido (20a), a temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) sendo uma temperatura do fluido em o primeiro reservatório de fluido (20a) na densidade máxima; permitir que o fluido a uma temperatura acima da referida temperatura crítica do fluido no segundo reservatório (20b) suba para uma região superior do segundo reservatório de fluido (20b); permitir que a transferência térmica ocorra em uma região de transferência térmica (26) entre o fluido que subiu no primeiro reservatório de fluido (20a) e o fluido que subiu no segundo reservatório de fluido (20b), sendo a região de transferência térmica (26) fornecida entre as regiões superiores respectivas do primeiro (20a) e do segundo reservatórios de fluido (20b); e permitir que o fluido na temperatura crítica na região de transferência térmica (26) afunde pelo menos no segundo reservatório de fluido (20b).

30. MÉTODO, caracterizado pelo fato de que compreende: resfriar um fluido em uma região inferior de um primeiro reservatório de fluido (20a) com um elemento de resfriamento (28) posicionado na região inferior do primeiro reservatório de fluido (20a); permitir que o fluido dentro do primeiro reservatório de fluido (20a) a uma temperatura abaixo de uma temperatura crítica do fluido suba para uma região superior do primeiro reservatório de fluido (20a), a temperatura crítica do fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) sendo uma temperatura do fluido no primeiro reservatório de fluido (20a) na densidade máxima; misturar o fluido a uma temperatura abaixo da temperatura crítica com o fluido a uma temperatura acima da temperatura crítica de um segundo reservatório de fluido (20b) em uma região de transferência térmica (26) disposta entre as respectivas regiões superiores do primeiro (20a) e do segundo reservatórios de fluido (20b); e permitir que o fluido à temperatura crítica na região de transferência térmica (26) afunde pelo menos no segundo reservatório de fluido (20b), de modo a resfriar um compartimento de carga útil (12) em comunicação térmica com o mesmo.