BR112015017791B1

BR112015017791B1 - Sistema de descongelamento por sublimação e método de descongelamento por sublimação para aparelho de refrigeração

Info

Publication number: BR112015017791B1
Application number: BR112015017791-3A
Authority: BR
Inventors: Choiku Yoshikawa; Takeshi Kamimura; Takahiro FURUDATE; Shuji Fukano
Original assignee: Mayekawa Mfg. Co., Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2022-04-19
Also published as: JPWO2015093235A1; KR20160099659A; EP2940410B1; WO2015093233A1; CN105283719A; BR112015017785A2; CN105283719B; WO2015093234A1; CN105473960B; KR101790461B1; EP2940408B1; CN107421181A; US9863677B2; MX2015011266A; KR20160099653A; JP6046821B2; BR112015017789A2; EP2940409B1; JPWO2015093233A1; WO2015093235A1

Abstract

SISTEMA DE DESCONGELAMENTO POR SUBLIMAÇÃO E MÉTODO DE DESCONGELAMENTO POR SUBLIMAÇÃO PARA APARELHO DE REFRIGERAÇÃO Um sistema de descongelamento por sublimação para um aparelho de refrigeração, incluindo: um dispositivo de esfriamento, que é disposto em um freezer, e inclui um invólucro e um tubo trocador de calor disposto no invólucro; um dispositivo refrigerante para esfriar e liquefazer um refrigerante de CO2; e um circuito refrigerante que é conectado ao tubo trocador de calor e que é configurado para permitir que o refrigerante de CO2 esfriado e liquefeito no dispositivo refrigerante circule para o tubo trocador de calor, o sistema de descongelamento incluindo: um dispositivo desumidificador para desumidificar o ar interno do freezer dentro do freezer; um trajeto de circulação, que é formado de um trajeto de circulação formando o trajeto conectado a um trajeto de entrada e um trajeto de saída do tubo trocador de calor e inclui o tubo trocador de calor; uma válvula liga-desliga disposta em cada um do trajeto de entrada e do trajeto de saída do tubo trocador de calor e configurada para ser fechada na ocasião do descongelamento, de modo que o trajeto de circulação torne-se um circuito fechado; uma unidade de circulação (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente descrição refere-se a um sistema de descongelamento por sublimação e método de descongelamento por sublimação, em que o gelo fixado a um tubo trocador de calor disposto em um dispositivo de esfriamento é removido através de sublimação, sem derreter o gelo, o sistema e método aplicados a um aparelho de refrigeração e que um refrigerante de CO2 é permitido circular no dispositivo de esfriamento disposto em um freezer para esfriar dentro do freezer. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Para evitar depleção da camada de ozônio, o aquecimento global e similares, refrigerantes naturais, tais como NH3 ou CO2, foram revistos como refrigerante em um aparelho de refrigeração usado para condicionamento de ar ambiente e refrigerar produtos alimentícios. Assim, os aparelhos de refrigeração empregando NH3, com elevado desempenho de esfriamento e toxicidade, como um refrigerante primário e empregando CO2, sem toxicidade ou cheiro, como um refrigerante secundário, têm sido largamente usados.

[0003] No aparelho de refrigeração, um circuito refrigerante primário e um circuito refrigerante secundário são conectados entre si, através de um condensador em cascata. A troca de calor entre o refrigerante de NH3 e o refrigerante de CO2 ocorre no condensador em cascata. O refrigerante de CO2, esfriado e liquefeito com o refrigerante de NH3, é remetido para um dispositivo de esfriamento disposto no freezer e esfria o ar dentro do freezer através de um tubo de transmissão de calor disposto no dispositivo de esfriamento. O refrigerante de CO2, parcialmente vaporizado ali, retorna para o condensador em cascata através do circuito refrigerante secundário, para ser esfriado e liquefeito novamente no condensador em cascata.

[0004] O gelo liga-se a um tubo trocador de calor disposto no dispositivo de esfriamento, enquanto o aparelho de refrigeração está sob operação e, assim, a eficiência de transmissão de calor se degrada. Assim, a operação do aparelho de refrigeração necessita ser periodicamente parada, para realizar descongelamento.

[0005] Métodos de descongelamento convencionais para o tubo trocador de calor disposto no dispositivo de esfriamento incluem um método de pulverizar água sobre o tubo trocador de calor, um método de aquecer o tubo trocador de calor com um aquecedor elétrico etc. O descongelamento pulverizando-se água termina produzindo uma nova fonte de gelo, e o aquecimento pelo aquecedor elétrico é contra a tentativa de economizar força, porque força valiosa é desperdiçada. Em particular, o descongelamento pulverizando-se água requer um tanque com grande capacidade e tubos de suprimento e descarga de água, com um grande diâmetro e, assim, aumenta o custo de construção da planta.

[0006] Os Documentos de Patente 1 e 2 descrevem um sistema de descongelamento para o aparelho de refrigeração descrito acima. Um sistema de descongelamento descrito no Documento de Patente 1 é provido com uma unidade trocadora de calor, que vaporiza o refrigerante de CO2 com o calor produzido no refrigerante de NH3 e obtém o descongelamento permitindo que o gás quente de CO2, gerado na unidade de parte trocadora de calor, circule no tubo trocador de calor do dispositivo de esfriamento.

[0007] Um sistema de descongelamento descrito no Documento de Patente 2 é provido com uma unidade de parte trocadora de calor, que aquece o refrigerante de CO2 com água de esfriamento, que absorveu calor de exaustão do refrigerante de NH3, e obtém o descongelamento permitindo que o refrigerante de CO2 aquecido circule no tubo trocador de calor do dispositivo de esfriamento.

[0008] O Documento de Patente 3 descreve um método de prover um tubo de aquecimento no dispositivo de esfriamento, separada e independentemente de um tubo de esfriamento, e derrete e remove o gelo fixado ao tubo de esfriamento permitindo que água quente ou salmoura quente flua no tubo de aquecimento na ocasião de uma operação de descongelamento.

[0009] Um método de descongelamento ideal envolve descongelamento por sublimação. Neste método, uma superfície do tubo trocador de calor é uniformemente aquecida em uma temperatura não superior a 0 oC, isto é, sem transformar o gelo em água, de modo que o gelo é removido da superfície do tubo trocador de calor através de sublimação. Este método não envolve drenagem e, assim, não requer recipiente de drenagem ou instalação de descarga e, assim, pode largamente reduzir o custo da instalação.

[0010] Os requerentes propuseram um método de primeiro esfriar o ar interno do freezer a uma temperatura de ou abaixo de 0 oC e remover o gelo preso no tubo trocador de calor do dispositivo de esfriamento, em uma atmosfera de baixo vapor d’água, obtida por desumidificação, por um dispositivo desumidificador de adsorção, através de sublimação (Documento de Patente 4).

[0011] Lista de Citação

[0012] Literatura de Patente

[0013] Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japonesa Aberto-ao-Público No. 2010-181093

[0014] Documento de Patente 2: Pedido de Patente Japonesa Aberto-ao-Público No. 2013-124812

[0015] Documento de Patente 3: Pedido de Patente Japonesa Aberto-ao-Público No. 2003-329334

[0016] Documento de Patente 4: Pedido de Patente Japonesa Aberto-ao-Público No. 2012-072981.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0017] Problema Técnico

[0018] Cada um dos sistemas de descongelamento descritos nos Documentos de Patente 1 e 2 requer que os tubos para o refrigerante de CO2e o refrigerante de NH3, de um sistema diferente do sistema de esfriamento, sejam construídos no local da instalação e, assim, poderia aumentar o custo de construção da planta. A unidade trocadora de calor é separadamente instalada fora do freezer e, assim, um espaço extra para instalar a unidade trocadora de calor é necessário.

[0019] No sistema de descongelamento do Documento de Patente 2, uma unidade de ajustamento de pressurização/despressurização é requerida para evitar choque térmico (aquecimento/esfriamento repentino) dentro do tubo trocador de calor. Para evitar que a unidade trocadora de calor, em que a água de esfriamento e o refrigerante de CO2 trocam calor, congele, uma operação de descarga de água de esfriamento na unidade da parte trocadora de calor necessita ser realizada após a operação de descongelamento ser terminada. Assim, há um problema em que, por exemplo, uma operação é complicada.

[0020] A unidade de descongelamento descrita no Documento de Patente 3 tem o problema em que a eficiência de transmissão de calor é baixa porque o tubo de esfriamento é aquecido pelo lado de fora com aletas de placa etc.

[0021] Além disso, em um dispositivo refrigerante em cascata, incluindo: um circuito refrigerante primário, em que o refrigerante de NH3 circula e um componente de ciclo de refrigeração é provido; e um circuito refrigerante secundário, em que o refrigerante de CO2 circula e um componente de ciclo de refrigeração é disposto, o circuito refrigerante secundário sendo conectado ao circuito refrigerante primário, através de um condensador em cascata, o circuito refrigerante secundário contém gás CO2 com alta temperatura e alta pressão. Assim, o descongelamento pode ser conseguido permitindo-se que o gás quente de CO2 circule no tubo trocador de calor do dispositivo de esfriamento. Entretanto, o dispositivo refrigerante em cascata tem os seguintes problemas. Especificamente, o dispositivo é complicado e envolve alto custo porque as válvulas seletoras, tubos de ramificação e similares são providos. Além disso, um sistema de controle é instável devido do equilíbrio de calor de alta/baixa temperatura.

[0022] No descongelamento por sublimação descrito acima, o gelo na superfície do tubo trocador de calor necessita ser uniformemente aquecido a uma temperatura nõ mais elevada do que 0 oC. Entretanto, é difícil uniformemente aquecer o tubo trocador de calor a uma temperatura não mais elevada do que 0 oC com um método de aquecimento geral, empregado no método de descongelamento descrito no Documento de Patente 4. Assim, o descongelamento por sublimação não foi colocado em prática.

[0023] A presente invenção é feita em vista dos problemas acima e um objetivo da presente invenção é obter redução no custo inicial e no custo de funcionamento requeridos para um aparelho de refrigeração e economia de energia, implementando-se o método de descongelamento por sublimação descrito acima. SOLUÇÃO DO PROBLEMA

[0024] Um sistema de descongelamento de acordo com pelo menos uma forma de realização da presente invenção é:

[0025] (1) um sistema de descongelamento por sublimação pra um aparelho de refrigeração incluindo: um dispositivo de esfriamento que é disposto em um freezer e inclui um invólucro, um tubo trocador de calor disposto no invólucro; um dispositivo refrigerante para esfriar e liquefazer um refrigerante de CO2; e um circuito refrigerante que é conectado ao tubo trocador de calor e que é configurado para permitir que o refrigerante de CO2 esfriado e liquefeito no dispositivo refrigerante circule para o tubo trocador de calor, o sistema de descongelamento incluindo:

[0026] um dispositivo desumidificador para desumidificar o ar interno do freezer dentro do freezer;

[0027] um trajeto de circulação de CO2, que é formado de um trajeto de formação de trajeto de circulação conectado a um trajeto de entrada e um trajeto de saída do tubo trocador de calor, e inclui o tubo trocador de calor;

[0028] uma válvula liga-desliga, disposta em cada um do trajeto de entrada e do trajeto de saída do tubo trocador de calor e configurada para ser fechada na ocasião de descongelar, de modo que o trajeto de circulação de CO2 torne-se um circuito fechado;

[0029] uma unidade de circulação para o refrigerante de CO2, a unidade de circulação sendo disposta no trajeto de circulação de CO2;

[0030] Uma primeira parte de trocador de calor, configurada para provocar troca de calor entre a salmoura como um primeiro meio de aquecimento e o refrigerante de CO2 circulando no trajeto de circulação de CO2; e

[0031] uma unidade de ajuste de pressão, que ajusta a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado na ocasião do descongelamento, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 torne-se igual a ou inferior ao ponto de congelamento do vapor d’água do ar interno do freezer, em que

[0032] o descongelamento é capaz de ser obtido sem uma unidade receptora de drenagem.

[0033] Na configuração (1), quando o descongelamento é realizado, quando o ar interno do freezer dentro do freezer tem pressão de vapor d’água saturado, o ar interno do freezer é primeiro desumidificado pelo dispositivo desumidificador, de modo que o a pressão parcial do vapor d’água é reduzida. Em seguida, a válvula liga-desliga é fechada, de modo que o trajeto de circulação de CO2 torna-se o circuito fechado.

[0034] Em seguida, a unidade de ajuste de pressão ajusta a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 torna-se igual ou menor do que a do ponto de congelamento do vapor d’água do ar interno do freezer dentro do freezer. Em seguida, o refrigerante de CO2é permitido circular no circuito fechado pela unidade de circulação.

[0035] Por exemplo, a unidade de circulação é uma bomba de líquido disposta no trajeto de circulação de CO2, para permitir que um refrigerante de CO2 líquido circule no circuito fechado etc. Por exemplo, a unidade de ajuste de pressão inclui um sensor de pressão que detecta a pressão do refrigerante de CO2 ou uma unidade que detecta a temperatura do refrigerante de CO2 e obtém a pressão do refrigerante de CO2 com base na pressão saturada do refrigerante de CO2 correspondendo ao valor de detecção da temperatura.

[0036] Em seguida, uma salmoura quente, como um meio de aquecimento, aquece o refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado da primeira parte de trocador de calor, por meio do que o refrigerante de CO2é vaporizado. Em seguida, o refrigerante de CO2 vaporizado é circulado no circuito fechado. Assim, o gelo fixado na superfície externa do tubo trocador de calor é removido através de sublimação pelo calor do gás refrigerante CO2. O refrigerante de CO2, que transmitiu calor para o gelo ser liquefeito, e então é aquecido e vaporizado novamente na primeira parte de trocador de calor.

[0037] O “freezer” inclui um refrigerador e alguma coisa que forma outros espaços de esfriamento. O trajeto de entrada e o trajeto de saída do tubo trocador de calor são áreas do tubo trocador de calor dispostas no freezer. As áreas estendem-se de uma faixa em torno de uma parede divisória do invólucro do dispositivo de esfriamento até o lado externo do invólucro.

[0038] As condições requeridas para a sublimação do gelo preso na superfície externa do tubo trocador de calor são (1) a pressão parcial do vapor d’água do ar interno do freezer não seja tão elevada quanto a pressão do vapor d’água saturado, e (2) a temperatura do gelo seja igual ou inferior à do ponto de congelamento. Como uma preferível mas não requerida condição, (3) o vapor d’água sublimado seja dissipado formando fluxo de ar na superfície externa da parte trocadora de calor. O gelo pode ser sublimado aquecendo-se-o sob estas condições.

[0039] Na configuração (1), o gelo fixado à superfície externa do tubo trocador de calor é aquecido com o calor do refrigerante de CO2 fluindo no tubo trocador de calor. Assim, a inteira área do tubo trocador de calor pode ser uniformemente aquecida. A pressão no circuito fechado é ajustada, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 é controlada. Assim, a temperatura do gás refrigerante CO2 fluindo pode ser precisamente controlada. Assim, o gelo pode ser precisamente aquecido a uma temperatura no ou abaixo da do ponto de congelamento, por meio do que o descongelamento por sublimação pode ser conseguido.

[0040] O gelo fixado ao tubo trocador de calor não é derretido, porém é sublimado e, assim, um recipiente de drenagem e uma instalação para descarregar a drenagem acumulada no recipiente de drenagem não são necessários, por meio do que o custo do aparelho de refrigeração pode ser grandemente reduzido. O gelo fixado ao tubo trocador de calor é aquecido somente pelo lado de dentro, através da parede de tubo do tubo trocador de calor. Assim, a eficiência de troca de calor pode ser melhorada e economia de energia pode ser conseguida.

[0041] O descongelamento pode ser conseguido com o refrigerante de CO2 em um estado de baixa pressão, correspondendo à temperatura de condensação igual ou inferior à do ponto de congelamento do vapor d’água do freezer. Assim, um dispositivo de sistema de tubo, tal como o trajeto de circulação de CO2, não necessita ser resistente a pressão, por meio do que um alto custo não é necessário.

[0042] Em algumas formas de realização, na configuração (1),

[0043] (2) o trajeto formador do trajeto de circulação é um circuito de descongelamento do trajeto de entrada e do trajeto de saída do tubo trocador de calor, e

[0044] a parte trocadora de calor é formada no circuito de descongelamento.

[0045] Na configuração (2), o circuito de descongelamento é provido, por meio do qual uma parte em que a primeira parte do trocador de calor é instalada, pode ser mais livremente determinada

[0046] Em algumas formas de realização, na configuração (1),

[0047] (3) o trajeto formador do trajeto de circulação é um trajeto de desvio disposto entre o trajeto de entrada e o trajeto de saída do tubo trocador de calor, e

[0048] A primeira parte do trocador de calor é formada em uma área parcial do tubo trocador de calor.

[0049] Na configuração (3), o trajeto de circulação de CO2 é formado do tubo trocador de calor somente, exceto quanto ao trajeto de desvio. Assim, não há necessidade de adicionalmente prover novos tubos para formar o trajeto de circulação de CO2, exceto para o trajeto de desvio, por meio do que um alto custo não é requerido.

[0050] Em algumas formas de realização, em qualquer uma das configurações (1) a (3),

[0051] (4) o trajeto de circulação de CO2 é formado com uma diferença de elevação e a primeira parte do trocador de calor é formada em uma área inferior do trajeto de circulação de CO2, e

[0052] a unidade de circulação é configurada para permitir que o refrigerante de CO2 naturalmente circule no circuito fechado na ocasião do descongelamento por um efeito de termossifão.

[0053] Na configuração (4), o refrigerante de CO2 da área inferior do tubo trocador de calor é aquecido pela salmoura como o meio de aquecimento a ser vaporizado na primeira parte do trocador de calor. O refrigerante de CO2 vaporizado é permitido elevar-se no circuito fechado pelo efeito de termossifão. O refrigerante de CO2, que se elevou para a área superior do circuito fechado, aquece e remove o gelo fixado na superfície externa do tubo trocador de calor através de sublimação e então é liquefeito. O refrigerante de CO2 liquefeito desce por gravidade.

[0054] Na configuração (4), o refrigerante de CO2 pode ser permitido circular naturalmente no circuito fechado pelo efeito de termossifão. Assim, uma unidade para forçadamente circular o refrigerante de CO2 no circuito fechado não é necessária, e equipamento e energia para forçar a circulação não são necessários, por meio do que pode ser conseguida redução de custo.

[0055] Em algumas formas de realização, qualquer uma das configurações (1) a (4) inclui ainda:

[0056] (5) uma segunda parte de trocador de calor para aquecer a salmoura com um segundo meio de aquecimento; e

[0057] um circuito de salmoura para permitir que a salmoura aquecida pela segunda unidade de aquecimento seja circulada para a primeira unidade de aquecimento, o circuito de salmoura sendo conectado à primeira unidade de aquecimento e à segunda unidade de aquecimento.

[0058] Qualquer meio de aquecimento que não a água de esfriamento pode ser usado como o segundo meio de aquecimento. Tal meio de aquecimento inclui, por exemplo, gás refrigerante com alta temperatura e alta pressão descarregado do compressor formando o dispositivo refrigerante, água de descarga quente de uma fábrica, um meio que tenha absorvido calor emitido por uma caldeira ou calor potencial de um refrigerador de óleo, etc.

[0059] Na configuração (5), a segunda parte de trocador de calor e o circuito de salmoura são providos, por meio do que a salmoura aquecida pode ser suprida para a primeira parte de trocador de calor, e o circuito de salmoura pode ser disposto de acordo com uma posição disposta da primeira parte de trocador de calor. Assim, uma posição em que a parte de trocador de calor é disposta pode ser mais livremente determinada.

[0060] Em algumas formas de realização, na configuração (5),

[0061] (6) o tubo trocador de calor é provido com uma diferença de elevação no dispositivo de esfriamento,

[0062] o circuito de salmoura é formado no dispositivo de esfriamento e em uma área inferior do tubo trocador de calor, e

[0063] a primeira parte de trocador de calor é formada entre o circuito de salmoura e a área inferior do tubo trocador de calor.

[0064] Na configuração (6), o gelo fixado na superfície externa do tubo trocador de calor pode ser removido através de sublimação com o refrigerante de CO2, vaporizado na área inferior do tubo trocador de calor, permitido circular naturalmente pelo efeito de termossifão. Assim, não são requeridos tubos adicionais que não o tubo trocador de calor, e nenhum equipamento para forçar circulação do refrigerante de CO2 é necessário. Todas as coisas consideradas, o custo do dispositivo de esfriamento pode ser reduzido.

[0065] O circuito de ramificação da salmoura não é disposto na área superior do tubo trocador de calor, por meio do que pode ser reduzida a energia usada para o ventilador, para formar fluxo de ar no dispositivo de esfriamento. O desempenho de esfriamento do dispositivo de esfriamento pode ser melhorado provendo-se adicionalmente o tubo trocador de calor em um espaço vago da área superior.

[0066] Em algumas formas de realização, na configuração (5),

[0067] (7) cada um do tubo trocador de calor e do circuito de salmoura é provido com uma diferença de elevação no dispositivo de esfriamento e é configurado de tal maneira que a salmoura flui de um lado inferior para um lado superior no circuito de salmoura, e

[0068] uma válvula de ajuste de velocidade de fluxo é disposta em uma posição intermediária do circuito de salmoura em uma direção superior e inferior, e a primeira parte de trocador de calor é formada em uma parte do circuito de salmoura em um lado a montante da válvula de ajuste de velocidade de fluxo.

[0069] Na configuração (7), a velocidade de fluxo da salmoura é regulada pela válvula de ajuste de velocidade de fluxo e a velocidade de fluxo da salmoura fluindo para dentro da área superior do circuito de salmoura é regulada. Assim, a primeira parte de trocador de calor pode ser formada somente na área inferior do tubo trocador de calor. Assim, como na configuração (6), o gelo preso pode ser removido através de sublimação com o refrigerante de CO2 permitido naturalmente circular pelo efeito de termossifão.

[0070] Assim, o gelo fixado ao tubo trocador de calor pode ser removido através de sublimação, mesmo em um dispositivo de esfriamento conhecido, em que um tubo de aquecimento para circular salmoura quente é disposto através da inteira área do tubo trocador de calor, na direção superior e inferior, tal como o dispositivo de esfriamento descrito no Documento de Patente 3, com um arranjo simples de adicionar a válvula de ajuste de velocidade de fluxo ao tubo trocador de calor.

[0071] Em algumas formas de realização, a configuração (5) inclui ainda:

[0072] (8) um primeiro sensor de temperatura e um segundo sensor de temperatura, que são, respectivamente, dispostos em uma entrada e uma saída do circuito de salmoura, para detectar a temperatura da salmoura fluindo através da entrada e da saída.

[0073] Na configuração (8), uma pequena diferença entre os valores detectados dos dois sensores de temperatura indica que a quantidade derretida do gelo está reduzida e o descongelamento está quase completado. O momento em que a operação de descongelamento é completada pode ser precisamente determinado obtendo-se a diferença entre os valores detectados dos dois sensores de temperatura, porque aquecimento sensível é realizado na parte do trocador de calor com a salmoura.

[0074] Assim, aquecimento excessivo no freezer ou difusão do vapor d’água devida ao excessivo aquecimento pode ser evitado, e mais economia de energia pode ser conseguida. Além disso, uma temperatura estável do freezer pode ser conseguida, por meio do que a qualidade dos produtos alimentícios congelados no freezer pode ser melhorada.

[0075] Em algumas formas de realização, na configuração (1),

[0076] (9) a unidade de ajuste de pressão inclui:

[0077] um sensor de pressão para detectar a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado;

[0078] uma válvula de ajuste de pressão, disposta no trajeto de saída do tubo trocador de calor; e

[0079] um dispositivo de controle, para receber um valor detectado do sensor de pressão e controlar a abertura da abertura da válvula de ajuste de pressão, de tal maneira que a temperatura do condensador do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado torna-se igual a ou menor do que a do ponto de congelamento do vapor d’água do ar interno do freezer dentro do freezer.

[0080] Na configuração (9), o dispositivo de controle pode precisamente controlar a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado.

[0081] Em algumas formas de realização, na configuração (1),

[0082] (10) o dispositivo refrigerante inclui:

[0083] um circuito refrigerante primário e que o refrigerante de NH3 circula e um componente de ciclo de refrigerante é disposto;

[0084] um circuito refrigerante secundário, em que o refrigerante de CO2 circula, o circuito refrigerante secundário conduz para o dispositivo de esfriamento, o circuito refrigerante secundário sendo conectado ao circuito refrigerante primário através de um condensador em cascata; e

[0085] um receptor de CO2 para armazenar o refrigerante de CO2 liquefeito no condensador em cascata e uma bomba de CO2 líquido, para remeter o refrigerante de CO2 armazenado no líquido.

[0086] Na configuração (10), no dispositivo refrigerante, refrigerantes naturais de NH3 e CO2 são usados e, assim, uma tentativa de evitar a depleção da camada de ozônio, o aquecimento global etc. é facilitada. Além disso, o dispositivo refrigerante utiliza NH3, com elevado desempenho de esfriamento e toxicidade, como um refrigerante primário e utiliza CO2, sem toxicidade ou cheiro, como um refrigerante secundário e, assim, pode ser usado para condicionamento de ar ambiente e para refrigerar produtos alimentícios etc., enquanto mantendo mais elevado desempenho de esfriamento.

[0087] Em algumas formas de realização, na configuração (1),

[0088] (11) o dispositivo refrigerante é um dispositivo refrigerante em cascata NH3

[0089] CO2, incluindo:

[0090] um circuito refrigerante primário, em que o refrigerante de NH3 circula e um componente de ciclo de refrigeração é disposto; e

[0091] um circuito refrigerante secundário, em que o refrigerante de CO2 circula e um componente de ciclo de refrigeração é disposto, o circuito refrigerante secundário conduzido para o dispositivo de esfriamento, o circuito refrigerante secundário sendo conectado ao circuito refrigerante primário através de um condensador em cascata.

[0092] Na configuração (11), no dispositivo refrigerante, o refrigerante natural é usado e, assim, uma tentativa de evitar a depleção da camada de ozônio, o aquecimento global etc. é facilitada. Além disso, o dispositivo refrigerante utiliza CO2, sem toxicidade ou cheiro, como um refrigerante secundário e, assim, pode ser usado para condicionamento de ar ambiente e para refrigerar produtos alimentícios etc., enquanto mantendo elevado desempenho de esfriamento. O dispositivo refrigerante é um dispositivo refrigerante em cascata e, assim, pode ter mais elevado COP.

[0093] Em algumas formas de realização, a configuração (10) ou (11) inclui ainda:

[0094] um circuito de água de esfriamento conduzido para um condensador provido como uma parte do componente de ciclo de refrigeração disposto no circuito refrigerante primário, e

[0095] a segunda parte de trocador de calor é uma parte de trocador de calor em que o circuito de água de esfriamento e o circuito de salmoura são conduzidos, a parte de trocador de calor configurada para aquecer a salmoura circulando no circuito de salmoura com água de esfriamento aquecida pelo condensador.

[0096] Na configuração (12), a salmoura pode ser aquecida com a água de esfriamento aquecida e, assim, não é necessária fonte de aquecimento fora do aparelho de refrigeração.

[0097] A temperatura da água de esfriamento pode ser diminuída pela salmoura durante a operação de descongelamento, por meio do que a temperatura de condensação do refrigerante de NH3, durante a operação de refrigeração, pode ser diminuída e o COP do dispositivo refrigerante pode ser melhorado.

[0098] Em uma forma de realização exemplo, onde o circuito de água de esfriamento é disposto entre o condensador e a torre de esfriamento, a segunda parte de trocador de calor pode ser disposta na torre de esfriamento. Assim, o espaço em que o dispositivo é usado para o descongelamento pode ser diminuído.

[0099] Em algumas formas de realização, a configuração (10) ou (11) inclui ainda:

[0100] (13) um circuito de água de esfriamento conduzido para um condensador provido como parte do componente de ciclo de refrigeração, disposto no circuito refrigerante primário; e

[0101] uma torre de esfriamento para esfriar a água de esfriamento circulando no circuito de água de esfriamento, trocando calor entre a água de esfriamento e a água de pulverização, e

[0102] a segunda parte de trocador de calor inclui uma torre de aquecimento para receber a água de pulverização e trocar calor entre a salmoura circulando no circuito de salmoura e a água de pulverização, a torre de aquecimento sendo integralmente formada com a torre de esfriamento.

[0103] Na configuração (13), a torre de aquecimento é integralmente formada com a torre de esfriamento, por meio do que o espaço, em que a segunda parte de trocador de calor é instalada, pode ser diminuído.

[0104] (14) Um método de descongelamento por sublimação, de acordo com pelo menos uma forma de realização da presente invenção, inclui:

[0105] uma primeira etapa de desumidificar o ar interno do freezer dentro do freezer com o dispositivo desumidificador, de modo que a pressão parcial do vapor d’água no ar interno do freezer não se torna uma pressão parcial de vapor saturado;

[0106] uma segunda etapa de fechar a válvula liga-desliga na ocasião do descongelamento, para formar o circuito fechado;

[0107] uma terceira etapa de ajustar a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 torna-se igual a ou menor do que a do ponto de congelamento do vapor d’água do ar interno do freezer dentro do freezer; e

[0108] uma quarta etapa de vaporizar o refrigerante de CO2 trocando o calor entre a salmoura como um meio de aquecimento e o refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado; e

[0109] uma quinta etapa de permitir que o refrigerante de CO2, vaporizado na quarta etapa, circule no circuito fechado, e remover o gelo fixado na superfície externa do tubo trocador de calor, por sublimação com calor do refrigerante de CO2.

[0110] Na configuração (14), o gelo preso na superfície externa do tubo trocador de calor é aquecido pelo calor do refrigerante de CO2 fluindo no tubo trocador de calor e, assim, a inteira área do tubo trocador de calor pode ser uniformemente aquecida. A pressão no circuito fechado é ajustada, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 é controlada, por meio do que a temperatura do gás refrigerante de CO2, fluindo no circuito fechado, pode ser precisamente controlada. Assim, o gelo pode ser precisamente aquecido a uma temperatura igual a ou menor do que o ponto de congelamento, por meio do que o descongelamento por sublimação pode ser conseguido.

[0111] Como descrito acima, o gelo fixado ao tubo trocador de calor não é derretido, porém é sublimado e, assim, um recipiente de drenagem e uma instalação para descarregar a drenagem acumulada no recipiente de drenagem não são necessárias, por meio do que o custo do aparelho de refrigeração pode ser grandemente reduzido. O gelo fixado ao tubo trocador de calor é aquecido somente pelo lado interno através de uma parede de tubo do tubo trocador de calor. Assim, a eficiência de transmissão de calor pode ser melhorada e economia de energia pode ser conseguida.

[0112] Em algumas formas de realização, na configuração (14)

[0113] (15) na quarta etapa, a salmoura e o refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado trocam calor na área inferior do circuito fechado provida com uma diferença de elevação, e

[0114] Na quinta etapa, o refrigerante de CO2 é permitido circular naturalmente no circuito fechado por um efeito de termossifão.

[0115] Na configuração (15), o refrigerante de CO2 é permitido naturalmente circular no circuito fechado pelo efeito de termossifão, em razão do que a unidade para circulação forçada do refrigerante de CO2 não é necessária e redução de custo pode ser conseguida.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0116] De acordo com pelo menos uma forma de realização da presente invenção, descongelamento por sublimação do gelo fixado na superfície do tubo trocador de calor do dispositivo de esfriamento pode ser conseguido. Assim, o recipiente de drenagem e uma instalação de descarga de drenagem não são requeridos. Além disso, não é requerida operação de descarga de drenagem, em razão do que os custos iniciais e de funcionamento, requeridos para o descongelamento, podem ser reduzidos, e pode ser conseguida economia de energia.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0117] A Fig. 1 é um diagrama de sistema de um aparelho de refrigeração de acordo com uma forma de realização.

[0118] A Fig. 2 é um diagrama de sistema de um aparelho de refrigeração de acordo com uma forma de realização.

[0119] A Fig. 3 é uma vista em seção transversal de um dispositivo de esfriamento do aparelho de refrigeração mostrado na Fig. 2.

[0120] A Fig. 4 é uma vista em seção transversal de um dispositivo de esfriamento de acordo com uma forma de realização.

[0121] A Fig. 5 é um diagrama de sistema de um aparelho de refrigeração de acordo com uma forma de realização.

[0122] A Fig. 6 é uma vista em seção transversal de um dispositivo de esfriamento do aparelho de refrigeração mostrado na Fig. 5.

[0123] A Fig. 7 é um diagrama de sistema de um aparelho de refrigeração de acordo com uma forma de realização.

[0124] A Fig. 8 é um diagrama de sistema de um aparelho de refrigeração de acordo com uma forma de realização.

[0125] A Fig. 9 é um diagrama de sistema de um aparelho de refrigeração de acordo com uma forma de realização.

[0126] A Fig. 10 é um diagrama de arranjo de um aparelho de refrigeração de acordo com uma forma de realização.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0127] As formas de realização da presente invenção, mostradas nos desenhos acompanhantes, serão agora descritas em detalhes. Entretanto, pretende-se que as dimensões, materiais, formatos e posições relativas etc. dos componentes descritos nas forma de realização sejam interpretados como somente ilustrativos e não limitantes do escopo da presente invenção, a menos que de outro modo especificado.

[0128] Por exemplo, expressões indicando um arranjo relativo ou absoluto, tal como ”em uma certa direção”, “ao longo de uma certa direção”, “paralelo a”, “ortogonal a”, “centro do”, “concêntrico a” e “coaxialmente” não somente indicam rigorosamente tais arranjos, mas também indicam um estado incluindo uma tolerância ou um deslocamento relativo dentro de um ângulo e uma distância obtendo a mesma função.

[0129] Por exemplo, expressões tais como “o mesmo”, “igual a” e “equivalente a”, indicando um estado em que os objetos são os mesmos, não somente rigorosamente indicam o mesmo estado, mas também indicam um estado incluindo uma tolerância ou uma diferença obtendo a mesma função.

[0130] Por exemplo, expressões indicando formatos tais como retangular e cilíndrico não somente indicam os formatos como retangulares e cilíndricos em um sentido geometricamente rigoroso, mas também indicam formatos incluindo rebaixos/protrusões, partes chanfradas e similares, contanto que o mesmo efeito possa ser obtido.

[0131] Expressões tais como “compreendendo”, “incluindo”, “inclui”, “provido com” ou “tendo” um certo componente não são expressões exclusivas que excluem outros componentes.

[0132] As Figs. 1 a 9 mostram sistemas de descongelamento para aparelhos de refrigeração de acordo com algumas formas de realização da presente invenção. Os aparelhos de refrigeração 10A a 10D, destas formas de realização, respectivamente incluem: dispositivos de esfriamento 33a e 33b, respectivamente dispostos em freezers 30a e 30b; os dispositivos de refrigeração 11A e 11B, que esfriam e liquefazem o refrigerante de CO2; e um circuito refrigerante (correspondendo ao circuito refrigerante secundário 14) que permite que o refrigerante de CO2, esfriado e liquefeito nos dispositivos de refrigeração, circule para os dispositivos de esfriamento 33a e 33b. Os dispositivos de esfriamento 33a e 33b respectivamente incluem: invólucros 34a e 34b; e tubos trocadores de calor 42a e 42b, dispostos nos invólucros. A temperatura interna dos freezers 30a e 30b é mantida como tão baixa quanto - 25 oC, por exemplo, nos aparelhos de refrigeração 10A a 10D, mostrados nas Figs. 1 a 9, durante uma operação de refrigeração.

[0133] Nas configurações exemplares das formas de realização, os tubos trocadores de calor 42a e 42b são conduzidos para dentro dos invólucros 34a e 34b pelo lado de fora dos invólucros 34a e 34b.

[0134] Aqui, as áreas dos tubos trocadores de calor 42a e 42b, do lado de fora das paredes divisórias dos invólucros 34a e 34b e dentro dos freezers 30a e 30b, são referidas como um tubo de entrada 42c e um tubo de saída 42d.

[0135] Os dispositivos desumidificadores 38a e 38b, para desumidificar o ar interno do freezer, são dispostos dentro dos freezers 30a e 30b. Os dispositivos desumidificadores 38a e 38b são dispositivos desumidificadores por adsorção e em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 9. Por exemplo, o dispositivo desumidificador por adsorção é um dispositivo desumidificador por rotor dessecante, incluindo um rotor rotativo contendo adsorvente em sua superfície e contínua e simultaneamente realiza uma etapa de adsorver vapor d’água do ar interno do freezer em uma área parcial do rotor rotativo e uma etapa de separar o vapor d’água adsorvido com outras áreas. O ar externo é suprido para os dispositivos desumidificadores 38a e 38b. Os dispositivos desumidificadores 38a e 38b adsorvem vapor d’água s e descarregado para o lado externo, e descarregam ar seco frio d dentro do freezer.

[0136] Um trajeto de circulação de CO2é formado de um trajeto de formação de trajeto de circulação, conectado ao tubo de entrada 42c e ao tubo de saída 42d dos tubos trocadores de calor 42a e 42b. O trajeto de formação de trajeto de circulação são circuitos de descongelamento 50a e 50b conectados ao tubo de entrada e tubo de saída dos tubos trocadores de calor 42a e 42b nas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 9 e são tubos de desvio 72a e 72 conectados ao tubo de entrada e ao tubo de saída dos tubos trocadores de calor 42a e 42b nas formas de realização mostradas nas Figs. 2 a 6.

[0137] Uma válvula liga-desliga para fazer o trajeto de circulação de CO2 tornar- se um circuito fechado na ocasião do descongelamento ser disposto em cada um do tubo de entrada 42c e do tubo de saída 42d dos tubos trocadores de calor 42a e 42b. Em algumas formas de realização, mostradas nas Figs. 1 a 9, a válvula liga-desliga são as válvulas liga-desliga solenóides 54a e 54b.

[0138] Nas configurações exemplo das formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 9, duas aberturas de ar são formadas nos invólucros 34a e 34b. Os ventiladores 35a e 35b são dispostos em uma das aberturas. Um fluxo de ar escoando para dentro e para fora dos invólucros 34a e 34b é formado por uma operação dos ventiladores 35a e 35b. Os tubos trocadores de calor 42a e 42b têm um formato de enrolamento em uma direção horizontal e uma direção superior e inferior, por exemplo.

[0139] São dispostas unidades de ajuste de pressão 45a e 45b, para armazenar pressão de espaçamento de um refrigerante de CO2, circulando no circuito fechado na ocasião do descongelamento. A pressão do refrigerante de CO2 no circuito fechado é ajustada pelas unidades de ajuste de pressão 45a e 45b, de modo que o refrigerante de CO2 tem temperatura de condensação mais elevada do que a do ponto de congelamento (por exemplo, 0 oC) do vapor d’água do ar interno do freezer dentro dos freezers 30a e 30b, na ocasião do descongelamento.

[0140] Nas configurações exemplo de algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 9, as unidades de ajuste de pressão 45a e 45b, respectivamente, incluem: sensores de pressão 46a e 46b para detectar a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado; as válvulas de regulação de pressão 48a e 48b, dispostas no tubo de saída 42d; e dispositivos de controle 47a e 47b, que recebem valores detectados dos sensores de pressão 46a e 46, e aberturas de válvula de controle das válvulas de ajuste de pressão 48a e 48b, de modo que a pressão do refrigerante de CO2 é controlada de tal maneira que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado torna-se mais elevada do que a do ponto de congelamento do vapor d’água do ar interno de freezer dos freezers 30a e 30b.

[0141] Na configuração exemplo da forma de realização, as válvulas de regulação de pressão 48a e 48 são dispostas em paralelo as válvulas liga-desliga sonelóides 52a e 52b.

[0142] Os sensores de pressão 46a e 46b são dispostos no tubo de saída 42d no lado a montante das válvulas de regulação de pressão 48a e 48b. Os dispositivos de controle 47a e 47b controlam a abertura da abertura das válvulas de regulação de pressão 48a e 48b e, assim, ajustam a pressão do refrigerante de CO2, de acordo com os valores detectados pelos sensores de pressão. Assim, a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado torna-se igual a ou menor do que a do ponto de congelamento do vapor d’água do ar interno do freezer dentro dos freezers 30a e 30b.

[0143] Quando as válvulas liga-desliga sonelóides 52a e 52b são fechadas na ocasião do descongelamento, de modo que o trajeto de circulação de CO2 torne-se um circuito fechado, uma unidade de circulação permite que o refrigerante de CO2 circule no circuito fechado. A unidade de circulação é uma bomba de líquido disposta no trajeto de circulação de CO2, por exemplo. Alternativamente, a unidade de circulação pode permitir que o refrigerante de CO2 circule naturalmente por um efeito de termossifão, como em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 10, em vez de forçar o refrigerante a circular.

[0144] Uma salmoura é usada como meio de aquecimento. É disposta uma primeira parte de trocador de calor, que aquece o refrigerante de CO2 circulando no trajeto de circulação de CO2 com a salmoura e, assim, vaporiza o refrigerante. A primeira parte de trocador de calor são partes trocadoras de calor 70a e 70b, a que os circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b, ramificados pelos circuitos de descongelamento 50a e 50b e um circuito de salmoura 60, são conduzidos, nas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 9. A parte de trocador de calor das formas de realização mostradas na Fig. 2 à Fig. 6 inclui áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b e circuitos de ramificação de salmoura 63a e 61b ou 80a e 80b, conduzidos para as áreas inferiores.

[0145] Uma solução aquosa, tal como etileno glicol ou propileno glicol, pode ser usada como a salmoura, por exemplo.

[0146] Nas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 9, o trajeto de formação de trajeto de circulação é provido com os circuitos de descongelamento 50a e 50b, bem como as partes de trocador de calor 70a e 70b, como a primeira parte de trocador de calor.

[0147] Nas formas de realização mostradas nas Figs. 2 a 6, os tubos de desvio 72a e 72b são dispostos como o trajeto de formação de trajeto de circulação e a parte de trocador de calor, incluindo as áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b e os circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b, conduzidos para as áreas inferiores, são formados como a parte de trocador de calor.

[0148] Nas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 9, o trajeto de circulação de CO2 é provido com uma diferença de elevação nas direções superior e inferior, e a primeira parte de trocador de calor é formada na área inferior do trajeto de circulação de CO2.

[0149] Mais especificamente, nas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 9, o trajeto de circulação de CO2 é provido com uma diferença na elevação, porque os circuitos de descongelamento 50a e 50b são dispostos embaixo dos dispositivos de esfriamento 33a e 33b. Nas formas de realização mostradas nas Figs. 2 a 6, os tubos trocadores de calor 42a e 42b formando o trajeto de circulação de CO2 são providos com uma diferença de elevação.

[0150] No trajeto de circulação de CO2 com a diferença de elevação, o refrigerante de CO2 pode ser permitido circular no circuito fechado formado na ocasião do descongelamento pelo efeito de termossifão. Mais especificamente, o gás refrigerante CO2, vaporizado pela primeira parte de trocador de calor, eleva-se devido ao efeito de termossifão. O gás refrigerante CO2, que se elevou, troca calor com o gelo que se fixou a uma superfície externa da parte de trocador de calor dos tubos trocadores de calor 42a e 42b ou uma área superior do tubo trocador de calor e, assim, remove o gelo através de sublimação. O refrigerante de CO2, com o calor potencial retirado, é liquefeito. O refrigerante CO2 liquefeito desce no trajeto de circulação de CO2 por gravidade. Assim, um efeito de termossifão em circuito fechado é obtido e o refrigerante de CO2 permitido circular naturalmente no circuito fechado.

[0151] Em algumas formas de realização mostradas na Fig. 1 à Fig. 6, uma segunda parte de trocador de calor (correspondendo à parte de trocador de calor 58), para provocar troca de calor entre a salmoura e o meio de aquecimento (água de esfriamento) para aquecer a salmoura, e um circuito de salmoura 60 (ilustrado em linha tracejada), para fazer com que a salmoura aquecida pela segunda parte de trocador de calor circule para a primeira parte de trocador de calor, é disposta. O circuito de salmoura 60 é ramificado pra os circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b (ilustrados em linha tracejada) para fora dos freezers 30a e 30b.

[0152] Nas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 9, os circuitos de ramificação de salmoura 61a e 16b são conduzidos para as partes de trocador de calor 70a e 70b. Nas formas de realização mostradas nas Figs.1 a 6, os circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b são conectados aos circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b ou 80a e 80b (ilustrados em linha tracejada) dispostos dentro dos freezers 30a e 30b, através de uma parte de contato 61.

[0153] Pelo menos uma forma de realização mostrada nas Figs. 2 e 3, os tubos trocadores de calor 42a e 42b são dispostos com diferença na elevação nos dispositivos de esfriamento 33a e 33b. Os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b são conduzidos para dentro dos dispositivos de esfriamento 33a e 33b e são dispostos nas áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b. Por exemplo, os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b são dispostos nas áreas inferiores, que são 1/3 a 1/5 de uma área em que os tubos trocadores de calor 42a e 42b são dispostos.

[0154] A primeira parte de trocador de calor é formada entre os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b e as áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b.

[0155] Na configuração exemplo do dispositivo de esfriamento 33a, mostrado na Fig. 3, os furos de ar são formados nas superfícies superior e laterais (não mostradas) do invólucro 34a e o ar interno do freezer c flui para dentro através da superfície lateral e flui para fora através da superfície superior.

[0156] Na configuração exemplo do dispositivo de esfriamento 33a mostrado na Fig. 4, os furos de ar são formados em ambas as superfícies laterais e o ar interno do freezer c flui para dentro e para fora do invólucro 34a através de ambas superfícies laterais.

[0157] Em pelo menos uma forma de realização mostrada nas Figs. 5 e 6, os tubos trocadores de calor 42a e 42b e os circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b são dispostos dentro dos dispositivos de esfriamento 33a e 33b, com a diferença em elevação. Os circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b são configurados de talmaneira que a salmoura flui do lado inferior para um lado superior. As válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82 são dispostas nas posições intermediárias dos circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b, nas direções superior e inferior.

[0158] Nesta configuração, a abertura da abertura das válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82 é estreitada, por meio do que a primeira parte de trocador de calor pode ser formado nas áreas laterais a montante das válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82b, isto é, os tubos trocadores de calor 42a e 42b do lado inferior das válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82b.

[0159] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 9, sensores de temperatura 66 e 68 são respectivamente dispostos em uma entrada e uma saída do circuito de salmoura 60. A temperatura da salmoura fluindo através da entrada e da saída pode ser medida pelos sensores de temperatura. Pode ser determinado que o descongelamento é quase completado quando a diferença entre os valores detectados do sensor de temperatura é pequena. Assim, um limiar (2 a 3 oC, por exemplo) pode ser configurado para a diferença entre os valores detectados e pode ser determinado que o descongelamento está completado quando a diferença entre os valores detectados cai abaixo do limiar.

[0160] Nas formas de realização mostradas nas Figs. 2 a 6, um receptor (tanque de salmoura aberto) 64, que temporariamente armazena a salmoura, e uma bomba de salmoura 65, para circular a salmoura, são dispostos em um trajeto de ida do circuito de salmoura 60.

[0161] Na forma de realização mostrada na Fig. 9, um tanque de expansão 92, para absorver mudança de pressão e ajustar a velocidade de fluxo da salmoura, é disposto em vez do receptor 64.

[0162] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 6, os aparelhos de refrigeração 10A a 10C incluem o dispositivo refrigerante 12, em que um refrigerante de NH3 e um componente de ciclo de refrigeração são dispostos, e um circuito refrigerante secundário 14, em que o refrigerante de CO2 circula. O circuito refrigerante secundário estende-se para os dispositivos de esfriamento 33a e33b. O circuito refrigerante secundário 14 é conectado ao circuito refrigerante primário 12 através de um condensador em cascata 24.

[0163] O componente de ciclo de refrigeração disposto no circuito refrigerante primário 12 inclui um compressor 16, um condensador 18, um receptor de líquido NH3 20, uma válvula de expansão 22 e o condensador em cascata 24.

[0164] O circuito refrigerante secundário 14 inclui um receptor de líquido CO2 36, em que um receptor de líquido 36, em que o refrigerante de CO2 líquido liquefeito élo condensador em cascata 24 é temporariamente armazenado, e uma bomba de líquido de CO2 37, que permite que o refrigerante de CO2 líquido, armazenado no receptor de líquido CO2 36, circule para os tubos trocadores de calor 42a e 42b.

[0165] Um trajeto de circulação de CO2 44 é disposto entre o condensador em cascata 24 e o receptor de líquido CO2 36. O gás refrigerante de CO2, introduzido no condensador em cascata 24 através do trajeto de circulação de CO2 44 oriundo do receptor de líquido CO2 36, é esfriado e liquefeito pelo refrigerante de NH3 no condensador em cascata 24 e então retorna para o receptor de líquido CO2 36.

[0166] No dispositivo refrigerante 11A, refrigerantes naturais de NH3 e CO2 são usados e, assim, uma tentativa de evitar a depleção da camada de ozônio, aquecimento global etc. é facilitada. Além disso, o dispositivo refrigerante 11A utiliza NH3, com elevado desempenho de esfriamento e toxicidade, como um refrigerante primário, e utiliza CO2, sem toxicidade ou cheiro, como um refrigerante secundário e, assim, podem ser usados para condicionamento de ar ambiente e para refrigerr produtos alimentícios etc.

[0167] Em pelo menos uma forma de realização exemplar mostrada na Fig. 7, o dispositivo refrigerante 11B pode ser disposto em vez do dispositivo refrigerante 11A. No dispositivo refrigerante 11B, um compressor de estágio inferior 16b e um compressor de estágio superior 16a são dispostos no circuito refrigerante primário 12 em que o refrigerante de NH3 circula. Um dispositivo de esfriamento intermediário 84é disposto no circuito refrigerante primário 12 e entre o compressor de estágio inferior 16b e o compressor de estágio superior 16a. Um trajeto de ramificação 12a é ramificado do circuito refrigerante primário 12 em uma saída do condensador 18, e uma válvula de expansão intermediária 86 é disposta no trajeto de ramificação 12a.

[0168] O refrigerante de NH3 fluindo dentro do trajeto de ramificação 12a é expandido e esfriado na válvula de expansão intermediária 86 e então é introduzido no dispositivo de esfriamento intermediário 84. No dispositivo de esfriamento intermediário 84, o refrigerante de NH3 descarregado do compressor de estágio inferior 16b é esfriado com o refrigerante de NH3 introduzido pelo trajeto de ramificação 12a. O fornecimento do dispositivo de esfriamento intermediário 84 pode melhorar o COP (coeficiente de desempenho de esfriamento) do dispositivo refrigerante 11B.

[0169] O refrigerante de CO2 líquido, esfriado e liquefeito trocando-se calor com o refrigerante de NH3 no condensador em cascata 24, é armazenado no receptor de CO2 líquido 36. Em seguida, a bomba de CO2 líquido faz o refrigerante de CO2 líquido circular no dispositivo de esfriamento 33, disposto dentro do freezer 30, do receptor de CO2 líquido 36.

[0170] Em pelo menos uma forma de realização exemplo, mostrada na Fig. 8, o dispositivo refrigerante 11C pode ser disposto e vez de o dispositivo refrigerante 11A. O dispositivo refrigerante 11C forma um ciclo de refrigeração em cascata. Um compressor de mais elevada temperatura 88a e uma válvula de expansão 22a são dispostos no circuito refrigerante primário 12, em que o refrigerante de NH3 circula. Um compressor de mais baixa temperatura 88b eu uma válvula de expansão 22b são dispostos no circuito refrigerante secundário 14, conectado ao circuito refrigerante primário 12, através do condensador em cascata 24.

[0171] O dispositivo refrigerante 11C é um dispositivo refrigerante em cascata, em que um ciclo de refrigeração por compressão mecânica é formado em cada um do circuito refrigerante primário 12 e circuito refrigerante secundário 14, por meio do que o COP do dispositivo refrigerante pode ser melhorado.

[0172] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 6, os aparelhos de refrigeração 10A a 10C incluem o dispositivo refrigerante 11A. No dispositivo refrigerante 11A, um circuito de água de esfriamento 18 é conduzido para o condensador 18. Um circuito de ramificação de água de esfriamento 56, incluindo a bomba de água de esfriamento 57, ramifica-se do circuito de água de esfriamento 28. O circuito de ramificação de água de esfriamento 56 e circuito de salmoura 60 (ilustrado em uma linha tracejada) são conduzidos para a bomba de água de esfriamento 57 como a segunda parte de trocador de calor.

[0173] A água refrigerante circulando no circuito de água de esfriamento 28 é aquecida pelo refrigerante de NH3 no condensador 18. A água de esfriamento aquecida serve como o meio de aquecimento para aquecer a salmoura circulando no circuito de salmoura 60 na parte de trocador de calor 58, na ocasião do descongelamento.

[0174] Quando a temperatura da água de esfriamento introduzida na parte de trocador de calor 58 do circuito de ramificação de água de esfriamento 56, é de 20 a 30 oC, por exemplo, a salmoura pode ser aquecida até 15 a 20 oC com esta água de esfriamento.

[0175] Em outra forma de realização, qualquer meio de aquecimento que não a água de esfriamento pode ser usado como o segundo meio de aquecimento. Tal meio de aquecimento inclui gás refrigerante NH3 com alta temperatura e alta pressão descarregado do compressor 16, água de descarga quente de uma fábrica, um meio que tenha absorvido calor emitido por uma caldeira ou calor potencial de um refrigerador de óleo, etc.

[0176] Como uma configuração exemplo de algumas formas de realização, o circuito de água de esfriamento 28 é disposto entre o condensador 18 e uma torre de esfriamento tipo fechado 26. A água de esfriamento é circulada no circuito de água de esfriamento 28 pela bomba de água de esfriamento 29. A água de esfriamento, que absorveu calor de exaustão do refrigerante de NH3 do condensador 18, entra em contato com o ar externo em uma torre de esfriamento tipo-fechado 16 e é esfriada com calor latente de vaporização de água.

[0177] A torre de esfriamento tipo-fechado 26 inclui: uma bobina de esfriamento 26a, conectada ao circuito de água de esfriamento 8; um ventilador 26b, que sopra ar externo para dentro da bobina de esfriamento 26a; e um tubo de pulverização 26c e uma bomba 26d para pulverizar a água de esfriamento sobre a bobina de esfriamento 26a. A água de esfriamento pulverizada pelo tubo de pulverização 26c parcialmente se vaporiza. A água de esfriamento fluindo dentro da bobina de esfriamento 26c é esfriada com o calor latente de vaporização assim produzido.

[0178] Em pelo menos uma forma de realização mostrada na Fig. 9, o dispositivo refrigerante 11D, disposto no aparelho de refrigeração 10D, inclui uma unidade de esfriamento e aquecimento tipo-fechado 90, em que a torre de esfriamento tipo fechado 26 e uma torre de aquecimento fitpo fechado 91 são integralmente formadas. A torre de esfriamento tipo fechado 26 da primeira forma de realização esfria a água de esfriamento circulando no circuito de água de esfriamento através de troca de calor com a água de pulverização e tem a configuração básica que é a mesma que a da torre de esfriamento tipo-fechado 26, mostrada nas Fig. 1 a 6.

[0179] A torre de aquecimento tipo fechado 91 recebe água de pulverização usada para esfriar a água de esfriamento circulando no circuito de água de esfriamento 28 da torre de esfriamento tipo fechado 26 e provoca troca de calor entre a água de pulverização e a salmoura circulando no circuito de salmoura 60. A torre de aquecimento tipo fechado 91 inclui uma bobina de aquecimento 91a, conectada ao circuito de salmoura 60; e um tubo de pulverização 91c e uma bomba 91d para pulverizar a água de esfriamento sobre a bobina de esfriamento 91. O lado interno da torre de esfriamento tipo fechado 26 comunica-se com o lado intrno da torre de aquecimento tipo fechado 91 através de uma parte inferior de um recinto comum.

[0180] A água de pulverização, que absorveu o calor de exaustão do refrigerante de NH3 circulando no circuito refrigerante primário 12, é pulverizada sobre a bobina de esfriamento 91a do tubo de pulverização 91c, e serve como um meio de aquecimento que aquece a circulação de salmoura na bobina de esfriamento 91a e o circuito de salmoura 60.

[0181] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 9, o circuito refrigerante secundário 14 é ramificado em circuitos de ramificação CO2 40a e 40b fora dos freezers 30a e 30b. Os circuitos de ramificação de CO2 40a e 40b são conectados ao tubo de entrada e ao tubo de saída dos tubos trocadores de calor 42a e 42b fora dos freezers 30a e 30b.

[0182] O circuito de salmoura 60 estendendo-se a uma parte próxima dos freezers 30a e 30b da parte de trocador de calor 58, é ramificado em circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b (ilustrados em linha tracejada) fora dos freezers 30a e 30b.

[0183] No aparelho de refrigeração 10A, mostrado na Fig. 1, os circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b são conduzidos para as partes de trocador de calor 70a e 70b dispostas dentro dos freezers 30a e 30b.

[0184] O descongelamento por sublimação é realizado no aparelho de refrigeração 10A como segue. Especificamente, quando o ar interno de freezer dos frezeres 30a e 30b saturou a pressão de vapor d’água, os dispositivos desumidificadores 38a e 38b são operados para desumidificação, para obter baixa pressão parcial de vapor d’água. Em seguida, as válvula liga-desliga solenóides 52a e 52b são fechadas, de modo que o trajeto de circulação de CO2, incluindo o tubo trocador de calor 42a e 42b e os circuitos de descongelamento 50a e 50b, torna-se um circuito fechado.

[0185] Os valores detectados dos sensores de pressão 46a e 46b são introduzidos nos dispositivos de controle 47a e 47b. Os dispositivos de controle 47a e 47b operam as válvulas de regulação de pressão 48a e 48b, com base nos valores detectados, para ajustar a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 torna- se igual a ou mais baixa do que a do ponto de congelamento (por exemplo, 0 oC) do vapor d’água no ar interno do freezer. Por exemplo, o refrigerante de CO2 é reforçado a 3,0 MPa (temperatura de condensação -5 oC).

[0186] Em seguida, o refrigerante de CO2 é vaporizado através da troca de calor entre a salmoura e o refrigerante de CO2 nas partes de trocador de calor 70a e 70b. Em seguida, o refrigerante de CO2 vaporizado é circulado no circuito fechado, por meio do que o gelo fixado na superfície externa dos tubos trocadores de calor 42a e 42b éremovido através de sublimação com o calor latente de condensação (249 kJ/kg a -5 oC / 3,0 MPa) do refrigerante de CO2.

[0187] O valor limite inferior da temperatura de condensação do refrigerante de CO2, a ser ajustado para a sublimação do gelo, é uma temperatura interna do freezer (por exemplo, -25 oC). Durante a operação de refrigeração, o refrigerante de CO2, em uma temperatura igual a ou inferior a da temperatura do freezer (por exemplo, - 30 oC), é permitido circular nos tubos trocadores de calor 42a e 42b para esfriamento no freezer. Assim, a temperatura do gelo é igual a ou inferior a da temperatura interna do freezer (por exemplo, -25 oC a - 30 oC), por conseguinte, a sublimação do gelo através do aquecimento pode ser conseguida quando a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 está dentro de uma faixa da temperatura interna do freezer e do ponto de congelamento do vapor d’água dentro do freezer na ocasião do descongelamento por sublimação.

[0188] Na presente forma de realização, os circuitos de descongelamento 50a e 50b são dispostos embaixo dos tubos trocadores de calor 42a e 42b e o trajeto de circulação de CO2 tem a diferença de elevação. Assim, o refrigerante de CO2, vaporizado nas partes de trocador de calor 70a e 70b, eleva-se para os tubos trocadores de calor 42a e 42b, devido ao efeito de termossifão. Assim, o gelo fixado às superfícies externas dos tubos trocadores de calor 42a e 42b é sublimado e, assim, é liquefeito pelo calor potencial do gás refrigerante CO2 que se elevou para os tubos trocadores de calor 42a e 42b. O refrigerante de CO2 líquefeito desce nos circuitos de descongelamento 50a e 50b com a gravidade, e então é vaporizado novamente na parte de trocador de calor 70a e 70b.

[0189] No aparelho de refrigeração 10B mostrado nas Figs. 2 e 3 e no aparelho de refrigeração 10C mostrado nas Figs. 5 e 6, os tubos trocadores de calor 42a e 42b, bem como os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b ou 80a e 80b, são dispostos nos dispositivos de esfriamento 33a e 33b com a diferença de elevação.

[0190] Os tubos de desvio 72a e 72b são conectados entre o tubo de entrada e o tubo de saída dos tubos trocadores de calor 42a e 42b fora dos invólucros 34a e 34b. Válvulas liga-desliga solenóides 74a e 74b são dispostas nos tubos de desvio 72a e 72b.

[0191] No tubo de entrada, as válvulas liga-desliga sonelóides 54a e 54b são dispostas no lado a montante dos tubos de desvio 52a e 52b. No tubo de saída, as válvulas liga-desliga sonelóides 54a e 54b são dispostas no lado a jusante dos tubos de desvio 52a e 52b.

[0192] No aparelho de refrigeração 10B, os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b são conduzidos para as áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b. A parte de trocador de calor é formada das áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b e dos circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b.

[0193] No aparelho de refrigeração 10C, os circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b são dispostos sobre substancialmente a inteira 'rea da área em que os tubos trocadores de calor 42a e 42b são dispostos. as válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82b são dispostas em partes intermediárias dos circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b nas direções superior e inferior. Os circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b formam um trajeto de fluxo em que a salmoura b flui para uma área superior de uma área inferior.

[0194] Em uma configuração exemplo dos dispositivos de esfriamento 33a e 33b, por exemplo, como no dispositivo de esfriamento 33a mostrado na Fig. 3 ou Fig. 6, os tubos trocadores de calor 42a e 42b, bem como o circuito de ramificação de salmoura 63a e 63b ou 80a e80b, têm o formato de enrolamento e são dispostos na direção horizontal e na direção superior e inferior. Os circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b formam o trajeto de fluxo em que a salmoura b flui pra uma área superior de uma área inferior.

[0195] O tubo trocador de calor 42a inclui aquecedoes 43a e 43b no tubo de entrada 42c e no tubo de saída 42d, fora do dispositivo de esfriamento 33a. Os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 80a incluem tubos de comunicação 78a e 78b emuma entrada e uma saída do dispositivo de esfriamento 33a.

[0196] Um grande número de aletas de placa 76a é disposto nas direções superior e inferior do dispositivo de esfriamento 33a. O tubo trocador de calor 42a e o circuito de ramificação 63a ou 80a são inseridos em um grande número de furos formados sobre as aletas de placa 76a e, assim, são suportados pelas aletas de placa 76a. Com as aletas de placa 76a, a resistência de suporte pra os tubos é aumentada e a transmissão de calor entre o tubo trocador de calor 42a e o circuito de ramificação de salmoura 63a ou 80a é facilitada.

[0197] Durante a operação de refrigeração, o ventilador 35a difunde o ar interno do freezer c, esfriado no dispositivo de esfriamento 33a, pra dentro do freezer 32a. Em razão de não ser produzida água dissolvida na ocasião do descongelamento, um recipiente de drenagem não é disposto embaixo do invólucro 34a. A configuração do dispositivo de esfriamento 33a descrita acima é a mesma que aquela do dispositivo de esfriamento 33b.

[0198] Nos dispositivos de refrigeração 11B e 11C, o tubo de entrada 42c e o tubos de saída 42d dos tubos trocadores de calor 42a e 42b são conectados aos circuitos de ramificação de CO2 40a e 40b, através da parte de contato 41, fora dos freezers 30a e30b. Os circuitos de ramificação de salmoura 63a, 63b, 80a e 80b são conectados aos circuitos de ramificação de salmoura 61 e 61b através da parte de contato 62, fora dos freezers 30a e30b.

[0199] No aparelho de refrigeração 10B, os invólucros 34a e 34b dos freezers 30a e 30b, os tubos trocadores de calor 42a e 42b, incluindo o tubo de entrada 42c e o tubo de saída 42d, os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b e os tubos de desvio 72a e 72b, formam as unidades de esfriamento 31a e 31b, que são integralmente formadas.

[0200] No aparelho de refrigeração 10C, os invólucros 34a e 34b dos freezers 30a e 30b, os tubos trocadores de calor 42a e 42b, incluindo o tubo de entrada 42c e o tubo de saída 42d, os circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b e os tubos de desvio 72a e 72b, formam as unidades de esfriamento 32a e 32b, que são integralmente formadas.

[0201] As unidades de esfriamento 31a e 13b ou 32a e 32b são conectadas separavalmente aos circuitos de ramificação CO2 40a e 40b e aos circuitos de ramificação de salmoura 61a e 61b, através das partes de contato 41 e 62.

[0202] Nos aparelhos de refrigeração 10B e 10C, as válvulas liga-desliga sonelóides 74a e 74b são fechadas e as válvulas liga-desliga sonelóides 52a e 52b são aberturas durante a operação de refrigeração. As válvulas liga-desliga sonelóides 74a e 74b são abertras e as válvulas liga-desliga sonelóides 52a e 52b são fechadas no ocasião do descongelamento, por meio do que o circuito fechado, incluindo os tubos trocadores de calor 42a e 42b e os tubos de desvio 72a e 72b, é formado.

[0203] No aparelho de refrigeração 10B, o refrigerante de CO2 é vaporizado pelo calor potencial da salmoura fluindo nos circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b, nas áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b, na ocasião do descongelamento. O refrigerante de CO2 vaporizado eleva-se para as áreas superiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b e remove o gelo fixado nas superfícies externas dos tubos trocadores de calor 42a e 42b das áreas superiores, através de sublimação. O refrigerante de CO2 que umidificou o gelo através de sublimação, é liquefeito e desce por gravidade e vaporiza-se novamente na área inferior. Assim, o refrigerante de CO2 é naturalmente circulado no circuito fechado por efeito de termossifão.

[0204] No aparelho de refrigeração 10C, na ocasião de descongelamento, as aberturas da abertura das válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82b são estreitadas, de modo que a velocidade de fluxo da salmoura b é limitada. Assim, a parte de trocador de calor, em que o refrigerante de CO2 e o calor de troca de salmoura, podem ser formados somente na área a montante (área inferior) das válvulas de ajustamento de velocidade de fluxo 82a e 82.

[0205] Assim, o refrigerante de CO2 é naturalmente circulado pelo efeito de termossifão e o elo pode ser removido através de sublimação pelo calor potencial do refrigerante de CO2 circulando, entre as áreas dos tubos trocadores de calor 42a e 42b, correspondendo às áreas a montante e a jusante das válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82b.

[0206] De acordo com algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 10, o gelo preso nas superfícies externas dos tubos trocadores de calor 42a e 42b é aquecido pelo calor do refrigerante de CO2 fluindo no tubo trocador de calor, por meio do que aquecimento uniforme pode ser conseguido na área de entrada do tubo trocador de calor. A temperatura de condensação do refrigerante de CO2 é controlada ajustando-se a pressão no circuito fechado. Assim, a temperatura do gás refrigerante CO2, fluindo no circuito fechado, pode ser precisamente controlada, de modo que o gelo pode ser aquecido a uma temperatura do ou acima do ponto de congelamento precisamente, por meio do que o descongelamento por sublimação pode ser conseguido.

[0207] Os ventiladores 35a e 35b são operados na ocasião do descongelamento, de modo que o fluxo de ar fluindo para dentro e para fora dos invólucros 34a e 34b é formado, por meio do que a sublimação pode ser facilitada.

[0208] Assim, o gelo fixado aos tubos trocadores de calor 42a e 42b não é derretido mas é sublimado e, assim, um recipiente de drenagem e uma instalação para descarregar a drenagem acumulada no recipiente de drenagem não são necessárias, por meio do que o custo do aparelho de refrigeração pode ser grandemente reduzido. O gelo fixado aos tubos trocadores de calor 42a e 42b éaquecido pelo lado de dentro, através da parede de tubo do tubo trocador de calor somente. Assim, a eficiência de troca de calor pode ser melhorada e economia de energia pode ser conseguida.

[0209] O descongelamento pode ser conseguido com o refrigerante de CO2 em um estado de baixa pressão. Assim, um dispositivo de sistema de tubo, tal como o trajeto de circulação de CO2, não necessita ser resistente a pressão, por meio do que um elevado custo não é necessário.

[0210] Assim, com o descongelamento por sublimação conseguido, um tubo trocador de calor de micro canais, que é considerado ser difícil de aplicar no dispositivo de esfriamento para um freezer, devido à grande degradação de desempenho causada pela formação do gelo e condensação de orvalho, pode ser empregado. Esta técnica pode ser aplicada não somente ao freezer, mas pode também ser aplicada a um método de descongelamento para uma câmara de congelamento por batelada ou um freezer requerendo operação de não- descongelamento contínua por um longo período de tempo.

[0211] No aparelho de refrigeração 10A mostrado na Fig. 1, os circuitos de descongelamento 50a e 50b são dispostos para formar o trajeto de circulação de CO2, por meio do que a primeira parte de trocador de calor formada no trajeto de circulação de CO2 pode ser mais livremente disposta.

[0212] No aparelho de refrigeração 10B mostrado nas Figs. 2 e 3, o trajeto de circulação de CO2 é formado dos tubos trocadores de calor 42 e 42b somente, exceto quanto aos tubos de desvio 72a e 72b e, assim, não há necessidade de adicionalmente prover novos tubos, por meio do que um alto custo não é necessário.

[0213] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 9, o refrigerante de CO2 pode ser permitido naturalmente circular no circuito fechado por efeito de termossifão. Assim, uma unidade para forçavelmente circular o refrigerante de CO2 no circuito fechado não é necessária e equipamento e energia (força de bomba) para a circulação forçada não são necessários, por meio do que pode ser conseguida redução de custo.

[0214] O circuito de salmoura 60 é provido e pode ser disposto de acordo com uma posição disposta da parte de trocador de calor em que a salmoura aquecid troca calor com o refrigerante de CO2. Assim, uma posição em que a parte de trocador de calor é disposta pode ser mais livremente determinada.

[0215] Nas formas de realização mostradas nas Figs. 2 e 3, a parte de trocador de calor envolvendo a salmoura é formada pelas áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b e o refrigerante de CO2 é permitido circular naturalmente pelo efeito de termossifão. Assim, não são requeridos tubos adicionais que não os tubos de desvio 72a e 72b e nenhum equipamento para forçar a circulação é necessário. Todas as coisas consideradas, o custo dos dispositivos de esfriamento 33a e 33b pode ser reduzido.

[0216] Os circuitos de ramificação de salmoura 63a e 63b não são dispostos nas áreas superior dos tubos trocadores de calor 42a e 42b, por meio do que a força usada para os ventiladores 35a e 35b, para formar fluxo de ar nos dispositivos de esfriamento 33a e 33b, pode ser reduzida. O desempenho do esfriamento dos dispositivos de esfriamento 33a e 33b pode ser melhorado provendo-se adicionalmente os tubos trocadores de calor 42a e 42b em um espaço vago da área superior.

[0217] Na forma de realização mostrada nas Figs. 5 e 6, os circuitos de ramificação de salmoura 80a e 80b são dispostos sobre os inteiros tubos trocadores de calor 42a e 42b nas direções para cima e para baixo e a velocidade de fluxo da salmoura é regulada pelas válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82b. Assim, a parte de trocador de calor pode ser formada somente nas áreas inferiores dos tubos trocadores de calor 42a e 42b. Assim, o descongelamento por sublimação pode ser conseguido com um simples arranjo de adição das válvulas de ajuste de velocidade de fluxo 82a e 82b ao dispositivo de esfriamento conhecido.

[0218] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 9, o momento em que o descongelamento é completado pode ser precisamente obtido, com base nos valores detectados dos sensores de temperatura 66 e 68, respectivamente dispostos na entrada e na saída do circuito de salmoura 60. Assim, excessivo aquecimento no freezer ou difusão do vapor d’água devidos ao excessivo aquecimento podem ser evitados e mais economia de força pode ser conseguida. Além disso, uma temperatura estável dentro do freezer pode ser conseguida, por meio do que a qualidade dos produtos alimentícios congelados do freezer pode ser melhorada.

[0219] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 a 9, as unidades de ajuste de pressão 45a e 45b são dispostas como uma unidade de ajuste de pressão para o refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado. Assim, a pressão pode ser precisamente ajustada facilmente em um baixo custo.

[0220] Em algumas formas de realização mostradas nas Figs. 1 e 5, o circuito de água de esfriamento 28 é conduzido para a parte de trocador de calor 58 e a água de esfriamento aquecida no condensador 18 é usada como o meio de aquecimento para aquecer a salmoura. Assim, nenhuma fonte de aquecimento fora do aparelho de refrigeração é necessária. A temperatura da água de esfriamento pode ser diminuída com a salmoura na ocasião de descongelamento, por meio do que a temperatura de condensação do refrigerante de NH3, durante a operação de refrigeração pode ser diminuída e o COP do dispositivo refrigerante pode ser melhorado.

[0221] A parte de trocador de calor 58 pode ser disposta na torre de esfriamento tipo fechado 26. Por meio do que um espaço, onde um aparelho usado para descongelamento é instalado pode ser diminuído.

[0222] Nas formas de realização mostradas na Fig. 9, a troca de calor entre o meio de aquecimento e a salmoura ocorre na torre de aquecimento tipo fechado 91, integralmente formada com a torre de esfriamento tipo fechado 26. Assim, um espaço em que a segunda parte de trocador de calor é instalada pode ser diminuído. Utilizando-se a água de pulverização na torre de esfriamento tipo fechado 26 como a fonte de calor para a salmoura, o calor pode também ser adquirido do ar externo. Quando o aparelho de refrigeração 10D emprega um sistema de esfriamento, a água de esfriamento pode ser esfriada e a salmoura pode ser aquecida com o ar externo como a fonte de calor, com a torre de aquecimento apenas.

[0223] Além disso, empregando-se as unidades de esfriamento 31a, 31b, 32a e 32b, da configuração descrita acima, os dispositivos de esfriamento 33a e 33b, com um dispositivo de descongelamento, podem ser facilmente presos aos freezers 30a e 30b. Quando as unidades são integralmente montadas antecipadamente, a fixação dos freezers 30a e 30b é mais facilitada.

[0224] A Fig. 10 mostra ainda outra forma de realização. Uma câmara de manuseio de crga 100 é dispsota adjacente ao freeer 30 desta forma de realização. O freezer 30 inclui uma pluralidade dos dispositivos de esfriamento 33 tendo a configuração descrita acima. Por exemplo, o dispositivo de esfriamento 33 inclui o invólucro 34,o tubo trocador de calor 42, os circuitos de ramificação de salmoura 61 e 63, o circuito de ramificação de CO2 40 etc., tendo a configuração descrita acima.

[0225] O freezer 30 e a câmara de manuseio de carga 100 incorporam, cada uma, o dispositivo desumidificador 38, tal como o umidificador dessecante 38. O dispositivo desumidificador 38 absorve o ar externo a do lado externo da câmara e descarrega o vapor d’água s da câmara, por meio do que o ar seco frio d é suprido dentro da câmara.

[0226] A temperatura na câmara de manuseio de carga 100 é mantida a + 5 oC, por exemplo. Uma porta isolante de calor elétrica 102 é disposta na entrada para entrar e sair do freezer 30 da câmara de manuseio de carga 100. Assim, a quantidade de vapor d’água entrando no freezer 30, quando a porta está aberta/fechada, é minimizada.

[0227] Por exemplo, quando o freezer 30 é esfriado para ter uma temperatura de 25 oC e tem um volume de 7.500 m3, a umidade absoluta é 0,4 kg/kg na umidade relativa de100% e a umidade absoluta é de0,1 g/kg na umidade relativa de 25%. Assim, a quantidade de vapor d’água que pode ser contida, obtida multiplicando-se a diferença da umidade absoluta pelo volume do freezer 30, é de 2,25 kg. Assim, o descongelamento por sublimação pode ser bem obtido estabelecendo-se a umidade relativa do ar interno do freezer em 25%.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0228] De acordo com a presente invenção, descongelamento por sublimação pode ser conseguido, por meio do que os custos iniciais e de funcionamento requeridos para o descongelamento no aparelho de refrigeração podem ser reduzidos e economia de energia pode ser conseguida. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 10A, 10B, 10C, 10D aparelho de refrigeração 11A, 11B, 11C, 11D dispositivo refrigerante 12 circuito refrigerante primário 14 circuito refrigerante secundário 16 compressor 16a compressor de estágio superior 16b compressor de estágio inferior 18 condensador 20 receptor NH3 líquido 22, 22a, 22b válvula de expansão 24 condensador em cascata 26 torre de esfriamento tipo fechado 28 circuito de água de esfriamento 29, 57 bomba d’água de esfriamento 30, 30a, 30b freezer 31a, 31b, 32a, 32b unidade de esfriamento 33, 33a, 33b dispositivo de esfriamento 34, 34a, 34b invólucro 35a, 35b ventilador 36 receptor CO2 líquido 37 bomba de CO2 líquido 38 , 38a, 38b dispositivo desumidificador 40, 40a, 40b circuito de ramificação de CO2 41, 62 parte de contato 42, 42a, 42b tubo trocador de calor 42c tubo de entrada 42d tubo de saída 43a, 43b, 78a, 78b tubo de comunicação 44 trajeto de circulação de CO2 45a, 45b unidade de ajuste de pressão 46a, 46b sensor de pressão 47a, 47b dispositivo de controle 48a, 48b válvula de regulação de pressão 50a, 50b circuito de descongelamento 52a, 52b, 74a, 74b tubo de desvio 56 circuito de ramificação de água de esfriamento 58 parte de trocador de calor (segunda parte de trocador de calor) circuito de salmoura 61, 61a, 61b, 63, 63a, 63b, 80a, 80b circuito de ramificação de salmoura 64 receptor 65 bomba de salmoura 66 sensor de temperatura (primeiro sensor de temperatura) 68 sensor de temperatura (segundo sensor de temperatura) 70 parte de trocador de calor (primeira parte de trocador de calor) 72a, 72b tubo de desvio 76a aleta de placa 82a, 82b válvula de ajuste de velocidade de fluxo 84 dispositivo de esfriamento intermediário 86 válvula de expansão intermediária 88a compressor de mais elevada temperatura 88b compressor de mais baixa temperatura 90 unidade de esfriamento e aquecimento tipo-fechado 91 torre de aquecimento tipo fechado 92 tanque de expansão 100 câmara de manuseio de carga 102 porta de isolamento de calor a ar externo b salmoura c ar interno do freezer d ar seco frio

Claims

1. Sistema de descongelamento por sublimação para um aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) incluindo: um dispositivo de resfriamento (33), que é disposto em um freezer e inclui um invólucro (34) e um tubo trocador de calor (42) disposto no invólucro (34); um dispositivo de refrigeração (11A, 11B, 11C, 111D) para resfriar e liquefazer um refrigerante de CO2; e um circuito refrigerante que é conectado ao tubo trocador de calor (42) e que é configurado para permitir que o refrigerante de CO2, resfriado e liquefeito no dispositivo de refrigeração (11A, 11B, 11C, 111D), circule para o tubo trocador de calor (42), o sistema de descongelamento caracterizado por compreender: um dispositivo desumidificador (38) para desumidificar o ar interno de freezer dentro do freezer; um trajeto de circulação de CO2 (44), que é formado de um trajeto formador de trajeto de circulação, conectado a um trajeto de entrada e um trajeto de saída do tubo trocador de calor (42), e inclui o tubo trocador de calor (42); uma válvula liga-desliga (52) disposta em cada um do trajeto de entrada e do trajeto de saída do tubo trocador de calor (42) e configurada para ser fechada na ocasião do descongelamento, de modo que o trajeto de circulação de CO2 (44) torne-se um circuito fechado; uma unidade de circulação para refrigerante de CO2, a unidade de circulação sendo disposta no trajeto de circulação de CO2 (44); uma primeira parte de trocador de calor (70), configurada para provocar troca de calor entre uma salmoura, como um primeiro meio de aquecimento, e o refrigerante de CO2 circulando no trajeto de circulação de CO2 (44); e uma unidade de ajuste de pressão (45), que ajusta a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado na ocasião do descongelamento, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 torne-se igual ou inferior à do ponto de congelamento de um vapor d’água dentro do ar interno do freezer dentro do freezer; em que o descongelamento é capaz de ser obtido sem uma unidade receptora de drenagem.

2. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o trajeto formador do trajeto de circulação é um circuito de descongelamento ramificado do trajeto de entrada e do trajeto de saída do tubo trocador de calor (42), e a primeira parte de trocador de calor (70) é formada no circuito de descongelamento.

3. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trajeto formando o trajeto de circulação é um trajeto de desvio disposto entre o trajeto de entrada e o trajeto de saída do tubo trocador de calor (42), e a primeira parte de trocador de calor (70) é formada em uma área parcial do tubo trocador de calor (42).

4. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o trajeto de circulação de CO2 (44) é formado com uma diferença em elevação, e a primeira parte de trocador de calor (70) é formada em uma área inferior do trajeto de circulação de CO2 (44), e a unidade de circulação é configurada para permitir que o refrigerante de CO2 circule naturalmente no circuito fechado na ocasião do descongelamento por um efeito de termossifão.

5. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma segunda parte de trocador de calor (58) para aquecer a salmoura com um segundo meio de aquecimento; e um circuito de salmoura (60) para permitir que a salmoura aquecida pela segunda unidade de aquecimento seja circulada para a primeira unidade de aquecimento, o circuito de salmoura (60) sendo conectado à primeira unidade de aquecimento e à segunda unidade de aquecimento.

6. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o tubo trocador de calor (42) é provido com uma diferença de elevação no dispositivo de resfriamento (33), o circuito de salmoura (60) é formado no dispositivo de resfriamento (33) e em uma área inferior do tubo trocador de calor (42), e a primeira parte de trocador de calor (70) é formada entre o circuito de salmoura (60) e a área inferior do tubo trocador de calor (42).

7. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que cada um do tubo trocador de calor e do circuito de salmoura (60) é provido com uma diferença em elevação no dispositivo de resfriamento (33) e é configurado de tal maneira que a salmoura flui de um lado inferior para um lado superior no circuito de salmoura (60), e uma válvula de ajuste de velocidade de fluxo é disposta em uma posição intermediária do circuito de salmoura (60) em uma direção superior e inferior, e a primeira parte de trocador de calor (70) é formada em uma parte do circuito de salmoura (60) em um lado a montante da válvula de ajuste de velocidade de fluxo.

8. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um primeiro sensor de temperatura e um segundo sensor de temperatura, que são, respectivamente, dispostos em uma entrada e uma saída do circuito de salmoura (60), para detectar uma temperatura da salmoura fluindo através da entrada e da saída.

9. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de ajuste de pressão (45) inclui: um sensor de pressão (46) para detectar a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado; uma válvula de ajuste de pressão (48) disposta no trajeto de saída do tubo trocador de calor (42); e um dispositivo de controle (47) para receber um valor detectado do sensor de pressão (46), e controlar uma abertura de abertura da válvula de ajuste de pressão (48), de tal maneira que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado torne-se igual ou inferior à do ponto de congelamento do vapor d’água do ar interno do freezer no freezer.

10. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de refrigeração (11A, 11B, 11C, 11D) inclui: um circuito refrigerante primário (12), em que o refrigerante de NH3 circula e um componente de ciclo de refrigeração é disposto; um circuito refrigerante secundário (14), em que o refrigerante de CO2 circula, o circuito refrigerante secundário (14) conduzido para o dispositivo de resfriamento (33), o circuito refrigerante secundário (14) sendo conectado ao circuito refrigerante primário (12) através de um condensador em cascata; e um receptor de CO2 líquido (36), para armazenar o refrigerante de CO2 liquefeito no condensador em cascata e uma bomba de CO2 líquido para enviar o refrigerante de CO2 armazenado no receptor de CO2 líquido para o dispositivo de resfriamento (33), que são dispostos no circuito refrigerante secundário (14).

11. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: o dispositivo de refrigeração (11A, 11B, 11C, 11D) é um dispositivo de refrigeração em cascata NH3/CO2 incluindo: um circuito refrigerante primário (12), em que o refrigerante de NH3 circula e um componente de ciclo de refrigeração é disposto; e um circuito refrigerante secundário (14), em que o refrigerante de CO2 circula e um componente de ciclo de refrigeração é disposto, o circuito refrigerante secundário (14) conduzido para o dispositivo de resfriamento (33), o circuito refrigerante secundário (14) sendo conectado ao circuito refrigerante primário (12) através de um condensador em cascata.

12. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma segunda parte de trocador de calor (58) para aquecer a salmoura com um segundo meio de aquecimento; um circuito de salmoura (60) para permitir que a salmoura aquecida pela segunda unidade de aquecimento seja circulada para a primeira unidade de aquecimento, o circuito de salmoura (60) sendo conectado à primeira unidade de aquecimento e à segunda unidade de aquecimento; e um circuito de água de resfriamento (28) conduzido para um condensador provido como uma parte do componente de ciclo de refrigeração disposto no circuito refrigerante primário (12), em que a segunda parte de trocador de calor (58) é um trocador de calor para o qual o circuito de água de resfriamento (28) e o circuito de salmoura (60) são conduzidos, o trocador de calor configurado para aquecer a salmoura circulando no circuito de salmoura (60) com água de resfriamento aquecida pelo condensador.

13. Sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma segunda parte de trocador de calor (58) para aquecer a salmoura com um segundo meio de aquecimento; um circuito de salmoura (60) para permitir que a salmoura aquecida pela segunda unidade de aquecimento seja circulada para a primeira unidade de aquecimento, o circuito de salmoura (60) sendo conectado à primeira unidade de aquecimento e à segunda unidade de aquecimento, um circuito de água de resfriamento (28) conduzido para um condensador provido como parte do componente de ciclo de refrigeração disposto no circuito refrigerante primário (12); e uma torre de resfriamento (26) para resfriar a água de resfriamento circulando no circuito de água de resfriamento (28) trocando calor entre a água de resfriamento e a água de pulverização, em que a segunda parte de trocador de calor (58) inclui uma torre de aquecimento para receber a água de pulverização e trocar calor entre a salmoura circulando no circuito de salmoura (60) e a água de pulverização, a torre de aquecimento sendo integralmente formada com a torre de resfriamento (26).

14. Método de descongelamento por sublimação empregando o sistema de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, o método caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira etapa de desumidificar o ar interno do freezer no freezer com o dispositivo desumidificador (38), de modo que uma pressão parcial do vapor d’água no ar interno do freezer não se torne uma pressão parcial de vapor saturada; uma segunda etapa de fechar a válvula liga-desliga na ocasião do descongelamento, para formar o circuito fechado; uma terceira etapa de ajustar a pressão do refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado, de modo que a temperatura de condensação do refrigerante de CO2 torne-se igual ou inferior a do ponto de congelamento do vapor d’água no ar interno do freezer no freezer; uma quarta etapa de vaporização do refrigerante de CO2 trocando calor entre a salmoura como um meio de aquecimento e o refrigerante de CO2 circulando no circuito fechado; e uma quinta etapa de permitir que o refrigerante de CO2 vaporizado na quarta etapa circule no circuito fechado, e remover o gelo fixado em uma superfície externa do tubo trocador de calor por sublimação com calor do refrigerante de CO2.

15. Método de descongelamento por sublimação para o aparelho de refrigeração (10A, 10B, 10C, 10D) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que na quarta etapa, a salmoura e o refrigerante de CO2, circulando no circuito fechado, trocam calor na área inferior do circuito fechado, provido com uma diferença em elevação, e na quinta etapa, o refrigerante de CO2 é permitido naturalmente circular no circuito fechado por um efeito de termossifão.