BR112016024781B1

BR112016024781B1 - trocador de calor para refrigerar um fluido em um sistema de refrigeração, sistema de refrigeração, e método de refrigeração de um fluido

Info

Publication number: BR112016024781B1
Application number: BR112016024781-7A
Authority: BR
Inventors: Wilhelmus Franciscus Schoonen
Original assignee: Franke Technology And Trademark Ltd
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2021-05-18
Also published as: DK2937657T3; EP2937657B1; US20170045275A1; JP6585159B6; EP3134697B1; MX2016013973A; US20170051955A1; MX2016013974A; BR112016024784A2; ES2794625T3; DK3134697T3; AU2015250757B2; EP2937657A1; WO2015162290A1; US10866016B2; UA121475C2; EP3134697A1; CN112212547B; JP6611789B6; RU2016141824A3

Abstract

TROCADOR DE CALOR PARA REFRIGERAR UM FLUIDO EM UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO, SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO, E MÉTODO DE REFRIGERAÇÃO DE UM FLUIDO. Trata-se de um recipiente para conter um refrigerante que compreende uma parede interna e uma parede externa dispostas concentricamente e que tem um espaço interno delimitado pela parede interna e pela parede externa, uma entrada e uma saída para transporte de refrigerante para dentro e para fora do espaço interno; um tubo dentro do espaço interno disposto em uma volta em torno da parede interna; um tubo de entrada fluidamente conectado ao espaço interno e disposto para permitir o fluxo do refrigerante através do tubo de entrada para o interior do espaço interno; um tubo de saída conectado ao espaço interno e disposto para permitir o fluxo do refrigerante para fora do espaço interno para o interior do tubo de saída; um compressor disposto para receber o refrigerante do tubo de saída e para comprimir o refrigerante; e um condensador disposto para receber o fluido refrigerante comprimido do compressor, para condensar o refrigerante e para encaminhar o refrigerante comprimido no interior do tubo de entrada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a um aparelho para resfriamento de um fluido. Mais particularmente, a invenção se refere a um trocador de calor para refrigerar um fluido.

[002] Além disso, a invenção se refere a um método de refrigeração de um fluido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Em geral, um resfriador de fluido é usado para resfriar água ou um outro fluido. Tais resfriadores de fluido são amplamente empregados na indústria, aparelhos eletrodomésticos, estabelecimentos de bebida, restaurantes como, por exemplo, restaurantes do tipo fast-food, indústria de serviço de bufê, etc. O fluido refrigerado pelo resfriador de fluido muitas vezes deve ser dispensado, por exemplo, em um vidro. Nesse tipo de indústria, é conhecido o uso de resfriadores de fluido que incluem um recipiente de refrigerante que compreende um tubo que contém refrigerante que atravessa o interior do recipiente de refrigerante. Desse modo, um fluido a ser resfriado pode ser armazenado dentro do recipiente de refrigerante; e o refrigerante que flui através do tubo pode resfriar o fluido. Entretanto, usualmente as dimensões de tal tipo de resfriadores de fluido são grandes, portanto, usam uma grande quantidade de espaço nos estabelecimentos em que são usados. Uma outra desvantagem desses resfriadores de fluido é que os mesmos são ineficientes em energia.

[004] Mais geralmente, os trocadores de calor são conhecidos por serem usados em sistemas de refrigeração. Entretanto, haveria uma necessidade por um trocador de calor aprimorado.

[005] O documento GP 1247580 revela um sistema de refrigeração que inclui um compressor, um condensador, uma linha de fluido e uma unidade de resfriamento, em que essa unidade de resfriamento compreende uma câmara de refrigerante anelar que contém refrigerante.

[006] O documento DE 10 2012 204057 revela ainda um trocador de calor que compreende uma cavidade que é preenchida com refrigerante que sai de um evaporador a fim de regular a temperatura do refrigerante antes de enviá-lo para o condensador.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Seria vantajoso ter uma maneira aprimorada de refrigerar um fluido. Para melhor abordar essa questão, um primeiro aspecto da invenção fornecer um trocador de calor para refrigerar um fluido em um sistema de refrigeração que compreende:

[008] um recipiente para conter um refrigerante, em que recipiente compreende uma parede interna e uma parede externa, em que a parede interna e a parede externa são concêntricas, em que o recipiente tem um espaço interno delimitado pelo menos pela parede interna e pela parede externa, em que o recipiente compreende uma entrada e uma saída para transporte de refrigerante para dentro e para fora do espaço interno; e um tubo dentro do espaço interno disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna.

[009] Essa configuração permite que um tubo se estenda através do espaço interno sem voltas ou torções repentinas do tubo, de modo que o fluido possa fluir através do tubo sem ser agitado. Por exemplo, o tubo pode ser disposto em uma volta ou uma maneira similar à bobina com uma ou mais voltas em torno da parede interna.

[010] Por exemplo, o tubo pode ser rígido.

[011] Um espaço pode ser mantido entre o tubo e uma parede do espaço interno. Também, um espaço pode ser mantido entre diferentes porções do tubo. Desse modo, o refrigerante pode ter um melhor contato com o tubo e troca de calor com um fluido dentro do tubo.

[012] O recipiente pode compreender um evaporador. Isso fornece um sistema de refrigeração aprimorado. Por exemplo, o espaço interno é um evaporador. Por exemplo, o recipiente pode ser preenchido com um refrigerante em fase líquida e/ou gasosa. Um fluido a ser refrigerado pode fluir através do tubo sendo, portanto, refrigerado pelo refrigerante que circunda o tubo dentro do recipiente. O trocador de calor fornece, dessa forma, uma refrigeração eficiente do fluido dentro do tubo. O formato do trocador de calor o torna compacto, portanto, pode permitir que o sistema de refrigeração seja pequeno e economize espaço. A circulação do fluido a ser refrigerado através do tubo pode permitir uma refrigeração eficiente do fluido, permitindo dessa forma economizar energia. Ao selecionar as dimensões do trocador de calor, que incluem o comprimento do tubo dentro do recipiente, e considerar um tempo que o fluido leva para fluir através do tubo dentro do espaço interno, pode ser produzido um trocador de calor no qual o fluido tem uma temperatura predeterminada determinada pela temperatura do refrigerante, quando sai do tubo dentro do espaço interno.

[013] O recipiente pode compreender um primeiro orifício e um segundo orifício, e o tubo pode compreender uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, em que a primeira extremidade do tubo é disposta para ser fixada ao primeiro orifício da parede de recipiente e a segunda extremidade do tubo é disposta para ser fixada ao segundo orifício da parede de recipiente, para permitir a comunicação fluida para dentro e/ou para fora do tubo através do primeiro orifício e do segundo orifício. Isso facilita o fluxo de um fluido a ser refrigerado através do tubo dentro do recipiente. Ao selecionar as dimensões do trocador de calor, que incluem o comprimento do tubo dentro do recipiente, e considerar uma velocidade média do fluido através do tubo, pode ser produzido um trocador de calor no qual o fluido tem uma temperatura predeterminada quando sai do tubo e do recipiente através do primeiro ou segundo orifício. Será entendido que o tubo pode ser disposto dentro do recipiente apenas em parte. Em particular, os termos “primeira extremidade” e “segunda extremidade” podem denotar porções do tubo onde o tubo cruza a parede de recipiente.

[014] O trocador de calor pode compreender um tubo de entrada de refrigerante conectado à entrada do recipiente e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante através do tubo de entrada de refrigerante para o interior do espaço interno; e um tubo de saída de refrigerante conectado à saída do recipiente e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante para fora do espaço interno no interior do tubo de saída de refrigerante. Isso facilita o fluxo de refrigerante para fora e para dentro do recipiente.

[015] O espaço interno pode conter refrigerante que está parcialmente em estado líquido e parcialmente em estado gasoso. A saída pode estar localizada acima de um nível mais alto do refrigerante líquido. Isso pode proteger um compressor contra mau funcionamento, pois permite que o refrigerante deixe o recipiente na parte superior do recipiente, onde o refrigerante está em um estado gasoso, ajudando assim a evitar o fluxo de refrigerante em estado líquido do recipiente para o compressor. Observa-se que o refrigerante em estado líquido pode causar dano ao compressor. A entrada também pode estar localizada acima de um nível mais alto do refrigerante líquido. Isso impediria o retrofluxo de refrigerante líquido.

[016] O primeiro orifício pode ser disposto em dois terços de uma altura do recipiente ou mais, e o segundo orifício pode ser disposto em um terço da altura do recipiente ou menos, em que a altura é medida ao longo de um eixo geométrico de concentricidade. Isso pode fornecer uma vantagem para refrigerar um fluido, pois permite que o fluido deixe o recipiente após ser refrigerado na parte inferior do recipiente, onde a temperatura do refrigerante pode ser menor do que em uma parte superior do recipiente.

[017] O tubo pode ser disposto com uma pluralidade de voltas em torno da parede interna. Desse modo, o tubo pode ser projetado de modo que o fluido dentro do tubo atravessará o refrigerante quantas vezes forem necessárias em vista da troca de calor desejada. Adicionalmente, o fluido a ser refrigerado pode fluir suavemente através do tubo, em particular, devido ao fato de que a configuração na qual o tubo é disposto com voltas em torno da parede interna permite que o tubo seja suavemente dimensionado. Isso fornece uma vantagem para refrigerar, por exemplo, bebidas gasosas como cerveja, conforme o fluido que percorre através do tubo será menos agitado.

[018] O tubo pode ser disposto para ocupar pelo menos dois terços de um volume do espaço interno. Isso aumenta a eficiência do trocador de calor, tendo em vista que o fluido a ser refrigerado passará através do tubo interno e, portanto, através do refrigerante, durante uma quantidade maior de tempo, alcançando, portanto, uma temperatura inferior para a mesma pressão e economia de energia. Além disso, menos refrigerante pode ser necessário para preencher o espaço interno.

[019] O trocador de calor pode compreender adicionalmente um meio de controle de pressão configurado para controlar uma pressão no espaço interno com base em uma temperatura alvo. Desse modo, uma temperatura alvo é alcançada eficientemente.

[020] O trocador de calor pode compreender adicionalmente um sensor de temperatura configurado para medir uma temperatura do refrigerante dentro do espaço interno e/ou do fluido dentro do tubo. Isso permite aprimorar o controle da temperatura do fluido a ser refrigerado. Por exemplo, o meio de controle de pressão pode ser configurado para controlar a pressão com base na temperatura alvo e na temperatura medida.

[021] O espaço interno pode ter um formato de um toroide. Isso permite uma construção compacta do trocador de calor, economizando, portanto, espaço.

[022] Uma primeira extremidade do tubo pode ser conectada de modo operacional a um reservatório de fluido e pode ser disposta para permitir o fluxo de um fluido a ser refrigerado do reservatório de fluido para o interior do tubo, e uma segunda extremidade do tubo pode ser conectada de modo operacional a uma torneira e pode ser disposta para permitir o fluxo do fluido refrigerado para fora do tubo interno para o interior da torneira. Isso permite uma maneira eficiente de dispensar um fluido refrigerado.

[023] Em um outro aspecto, a invenção fornece um método de refrigeração de um fluido, em que o método compreende as etapas de: controlar o fluxo de um refrigerante através de um tubo de entrada fluidamente conectado a um espaço interno de um recipiente através do tubo de entrada para o espaço interno e o fluxo do refrigerante para fora do espaço interno para o interior de um tubo de saída conectado ao espaço interno, em que o recipiente compreende uma parede interna e uma parede externa, em que a parede interna e a parede externa são concêntricas e o espaço interno é delimitado pelo menos pela parede interna e pela parede externa, em que o recipiente compreende uma entrada e uma saída para transporte de refrigerante para dentro e para fora do espaço interno disposto, e em que o recipiente compreende adicionalmente um tubo dentro do espaço interno disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna; e controlar o fluxo de um fluido a ser refrigerado através do tubo interno.

[024] O elemento versado na técnica compreenderá que os recursos descritos acima podem ser combinados de qualquer maneira considerada útil. Além disso, modificações e variações descritas em relação ao sistema podem ser aplicadas de modo semelhante ao método e vice-versa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[025] Esses e outros aspectos da invenção são evidentes e serão elucidados em referência às modalidades descritas doravante no presente documento nos desenhos. Ao longo das figuras, itens similares foram indicados pelos menos números de referência. As Figuras são desenhadas esquematicamente para propósito de ilustração e podem não ser desenhadas em escala.

[026] A Figura 1A mostra uma vista aberta parcialmente trabalhada de um trocador de calor para refrigerar um fluido.

[027] A Figura 1B mostra uma seção transversal na direção longitudinal do trocador de calor para refrigerar um fluido da Figura 1A.

[028] A Figura 2A mostra uma vista aberta parcialmente trabalhada de um outro trocador de calor para refrigerar um fluido.

[029] A Figura 2B mostra uma seção transversal na direção longitudinal do trocador de calor para refrigerar um fluido da Figura 2 A.

[030] A Figura 3 mostra um outro trocador de calor para refrigerar um fluido.

[031] A Figura 4 mostra uma vista aberta parcialmente trabalhada do trocador de calor para refrigerar um fluido da Figura 3.

[032] A Figura 5 mostra um sistema de refrigeração.

[033] A Figura 6 mostra uma esquemática de um sistema de refrigeração.

[034] A Figura 7 mostra uma vista aberta parcialmente trabalhada de um aparelho para refrigerar um fluido.

[035] A Figura 8 mostra um fluxograma de um método de refrigeração de um fluido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES

[036] As figuras, discutidas no presente documento, e as várias modalidades usadas para descrever os princípios da presente revelação neste documento de patente são apenas por meio de ilustração e não devem ser interpretadas de qualquer modo como limitantes do escopo da revelação. Os elementos versados na técnica compreenderão que os princípios da presente revelação podem ser implementados em qualquer método adequado ou qualquer sistema ou dispositivo adequadamente disposto.

[037] A Figura 1A ilustra uma vista aberta parcialmente trabalhada de um recipiente para refrigerar um fluido. O recipiente compreende uma parede interna 105 e uma parede externa 102. A parede interna 105 e a parede externa 102 podem ser concêntricas. O recipiente compreende adicionalmente um espaço interno 103 delimitado pelo menos pela parede interna 105 e pela parede externa 102. A extremidade superior da parede interna e a extremidade superior da parede externa podem ser conectadas por meio de uma parede superior. De modo semelhante, a extremidade inferior da parede interna e a extremidade inferior da parede externa podem ser conectadas por meio de uma parede inferior. Será entendido que não precisa haver uma delimitação clara entre as paredes superior/inferior e as paredes interna/externa. Isso é particularmente verdadeiro para o espaço interno com seção transversal circular como ilustrado na Figura 1A e na Figura 1B. O espaço interno pode ser fluidamente fechado, de modo que o refrigerante não possa escapar do sistema de refrigeração. O espaço interno 103 pode ter substancialmente um formato de anel. O espaço interno 103 pode ter alternativamente qualquer outro formato adequado. O recipiente pode compreender uma entrada e uma saída (não mostrado) para transporte de um fluido, tipicamente, refrigerante, para dentro e para fora do espaço interno 103. A saída pode ser conectável a um compressor (não mostrado) e a entrada pode ser conectável a um condensador (não mostrado). O recipiente pode ter mais de uma entrada e/ou mais de uma saída. O recipiente compreende adicionalmente um tubo 107 dentro do espaço interno 103. O tubo 107 pode ser disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna 105. Entretanto, o tubo 107 pode ser disposto com uma pluralidade de voltas em torno da parede interna 105, em um formato de bobina. A pluralidade de voltas pode ser qualquer número adequado de modo que o tubo seja disposto para ocupar uma quantidade predeterminada de um volume do espaço interno 103. Entretanto, isso não é uma limitação. Por exemplo, o tubo pode ser disposto para ocupar pelo menos dois terços do volume do espaço interno. Alternativamente, o tubo pode ter qualquer tamanho.

[038] A Figura 1B mostra uma seção transversal na direção longitudinal de uma parte do trocador de calor para refrigerar um fluido da Figura 1A. O tubo 107 que atravessa o espaço interno 103 em várias voltas em torno da parede interna 105 é ilustrado. O espaço interno 103 pode ser preenchido com refrigerante líquido até um nível ilustrado na Figura 1B como 109. O restante do espaço interno 103 pode ser preenchido com refrigerante gasoso. O espaço interno 103 pode ter uma altura ilustrada na Figura 1B como h e medida em relação a um eixo geométrico em relação ao qual a parede externa 102 e a parede interna 105 da Figura 1A são concêntricas. Por exemplo, esse eixo geométrico de concentricidade pode ser orientado verticalmente durante a operação do trocador de calor. Entretanto, isso não é uma limitação.

[039] A Figura 2A ilustra uma vista aberta parcialmente trabalhada de um recipiente para um aparelho para refrigerar um fluido. O recipiente compreende uma parede interna 205 e uma parede externa 202. A parede interna 205 e a parede externa 202 podem ser concêntricas. O recipiente compreende adicionalmente um espaço interno 203 delimitado pelo menos pela parede interna 205 e pela parede externa 202. A parede interna 205 e a parede externa 202 podem ter um formato cilíndrico. O recipiente pode compreender uma entrada e uma saída (não mostrado) para transporte de um fluido, tipicamente, refrigerante, para dentro e para fora do espaço interno 203. A saída pode ser conectável a um compressor (não mostrado) e a entrada pode ser conectável a um condensador (não mostrado). O recipiente pode ter mais de uma entrada e/ou mais de uma saída. O recipiente compreende adicionalmente um tubo 207 dentro do espaço interno 203. O tubo 207 é disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna 205. Entretanto, o tubo 207 pode ser disposto com uma pluralidade de voltas em torno da parede interna 205. Por exemplo, a pluralidade de voltas pode ser qualquer número adequado de modo que o tubo seja disposto para ocupar uma quantidade determinada de um volume do espaço interno 203. Por exemplo, o tubo pode ser disposto para ocupar pelo menos dois terços do volume do espaço interno.

[040] A Figura 2B mostra uma seção transversal na direção longitudinal de uma parte do trocador de calor para refrigerar um fluido da Figura 2A. O tubo 207 que atravessa o espaço interno 203 é ilustrado. O espaço interno 203 pode ser preenchido completamente com refrigerante. O refrigerante pode estar em estado líquido até um nível ilustrado na Figura 2B como 209. Entretanto, o nível do refrigerante líquido pode ser escolhido diferentemente. O nível mostrado é apenas um exemplo. O restante do espaço interno 203, acima do nível indicado por 209, pode ser preenchido com refrigerante gasoso.

[041] A Figura 3 ilustra uma outra modalidade de um trocador de calor para refrigerar um fluido. O recipiente compreende uma parede interna 305 e uma parede externa 302. A parede interna 305 e a parede externa 302 podem ser concêntricas. O recipiente compreende adicionalmente um espaço interno (não mostrado) delimitado pelo menos pela parede interna 305 e pela parede externa 302. O espaço interno tem um formato de anel com seções lineares 318. O recipiente pode compreender uma entrada e uma saída (não mostrado) para transporte de um fluido, tipicamente, refrigerante, para dentro e para fora do espaço interno. A saída pode ser conectável a um compressor (não mostrado) e a entrada pode ser conectável a um condensador (não mostrado). O recipiente pode ter mais de uma entrada e/ou mais de uma saída. O recipiente pode compreender adicionalmente um primeiro tubo e um segundo tubo dispostos dentro do espaço interno. O primeiro tubo e o segundo tubo podem ser dispostos em pelo menos uma volta em torno da parede interna 305. O primeiro tubo e o segundo tubo podem ser dispostos com uma pluralidade de voltas em torno da parede interna 305. A pluralidade de voltas pode ser qualquer número adequado. Por exemplo, o número de voltas pode ser tal que o primeiro tubo e/ou o segundo tubo seja disposto para ocupar uma quantidade determinada de um volume do espaço interno. Por exemplo, o primeiro e/ou o segundo tubo pode ser disposto para ocupar pelo menos dois terços do volume do espaço interno. O recipiente pode compreender dois orifícios de entrada e dois orifícios de saída. O primeiro tubo 319 pode entrar no recipiente em um primeiro orifício de entrada 315 e pode sair do recipiente em um primeiro orifício de saída 317. O segundo tubo 320 pode entrar no recipiente em um segundo orifício de entrada 313 e pode sair do recipiente em um segundo orifício de saída 311. O número de tubos não é limitado a um ou dois. Modalidades alternativas do recipiente podem compreender qualquer número de tubos que atravessam o espaço interno. O recipiente pode compreender orifícios em qualquer parte do recipiente. Os tubos podem sair e/ou entrar no recipiente através de qualquer um desses orifícios. Os tubos podem ser fixados aos orifícios de modo que o recipiente seja fluidamente fechado em torno dos tubos, de modo que nenhum refrigerante possa escapar do recipiente através do orifício.

[042] A Figura 4 mostra uma vista aberta trabalhada do trocador de calor mostrado na Figura 3. O primeiro tubo 421 e o segundo tubo 423 que atravessam o espaço interno 425 são ilustrados. Os diferentes tubos que atravessam o espaço interno do recipiente podem atravessar seus percursos ou ser dispostos em qualquer forma adequada.

[043] A Figura 5 ilustra um sistema de refrigeração. O sistema de refrigeração pode compreender um recipiente 501 para conter um refrigerante. Na modalidade da Figura 5, o recipiente 501 é um vaporizador usado para resfriar um fluido que flui através do tubo dentro do espaço interno do recipiente 501. O recipiente 501 pode compreender uma parede interna 505 e uma parede externa 503. A parede interna 505 e a parede externa 503 podem ser concêntricas. O recipiente 501 pode ter um espaço interno delimitado pelo menos pela parede interna 505 e pela parede externa 503. O recipiente 501 pode compreender um tubo (não mostrado) dentro do espaço interno disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna. O tubo pode ser disposto com uma pluralidade de voltas em torno da parede interna. Por exemplo, o espaço interno do recipiente 501 pode ter um formato de um toroide. O tubo dentro do espaço interno pode ter um formato de uma bobina. O recipiente 501 pode ser similar àquele do aparelho de qualquer uma das Figuras 1A, 1B, 2A, 2B, 3 e 4.

[044] O recipiente pode compreender um primeiro orifício 513 e um segundo orifício 511.

[045] O primeiro orifício 513 e o segundo orifício 511 podem estar na parede externa 503 do recipiente 501. O primeiro orifício 513 pode estar disposto em dois terços da altura ou mais. O segundo orifício 511 pode ser disposto em um terço da altura ou menos. Alternativamente, o primeiro orifício 513 pode estar localizado acima do nível ilustrado na Figura 1B como 109 até onde o espaço interno 103 é preenchido com refrigerante gasoso. O segundo orifício 511 pode estar localizado abaixo do nível ilustrado na Figura 1B como 109 até onde o espaço interno 103 é preenchido com refrigerante líquido. O primeiro orifício 513 e o segundo orifício 511 podem estar localizados em qualquer local adequado do recipiente 501. O tubo pode compreender uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A primeira extremidade do tubo pode ser fixada ao primeiro orifício 513 do recipiente 501 e a segunda extremidade do tubo pode ser fixada ao segundo orifício 511 para permitir a comunicação fluida para dentro e/ou para fora do tubo através do primeiro orifício 513 e do segundo orifício 511. O recipiente e o tubo podem ser construídos de modo que não haja comunicação fluida entre o interior do tubo e o resto do espaço interno. Entretanto, o material do tubo pode ser selecionado de modo que uma troca de calor entre o refrigerante no espaço interno e o fluido dentro do tubo ocorra.

[046] A primeira extremidade do tubo pode ser conectada a um reservatório de fluido 530 por meio de tubulação adicional 540. Pelo menos parte da tubulação adicional 540 e do tubo dentro do espaço interno pode formar um tubo integral. Alternativamente, a tubulação adicional 540 e o tubo dentro do espaço interno podem ser conectados entre si de modo operacional. Em cada caso, a tubulação adicional pode permitir que o fluxo de um fluido seja refrigerado a partir do reservatório de fluido 530 para o interior da porção de tubo dentro do espaço interno. A segunda extremidade do tubo pode ser conectada de modo operacional a uma torneira 535, por exemplo, através da tubulação adicional 541, e pode ser disposta para permitir o fluxo do fluido refrigerado para fora do tubo interno para o interior da torneira. Similar à tubulação adicional 540, pelo menos parte da tubulação adicional 541 pode formar um tubo integral com o tubo dentro do espaço interno. Alternativamente, a tubulação adicional 541 e o tubo dentro do espaço interno podem ser conectados de modo operacional entre si, por exemplo, no orifício 511.

[047] O recipiente 501 pode compreender adicionalmente uma entrada 521 e uma saída 519. O sistema de refrigeração da Figura 5 pode compreender adicionalmente um tubo de entrada de refrigerante 517 e um tubo de saída de refrigerante 515. O tubo de entrada de refrigerante 517 pode ser conectado à entrada 521 e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante através do tubo de entrada de refrigerante 517 para o interior do espaço interno do recipiente 501. O tubo de saída de refrigerante 515 pode ser conectado à saída 519 e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante para fora do espaço interno do recipiente 501 para o interior do tubo de saída de refrigerante 515.

[048] O sistema de refrigeração da Figura 5 pode compreender adicionalmente um compressor 527 e um condensador 523. A linha de saída de refrigerante 515 pode conectar fluidamente o espaço interno do recipiente 501 ao compressor 527. O compressor 527 pode ser disposto para receber o refrigerante da linha de saída 515 e para comprimir o refrigerante. O compressor 527 pode compreender uma linha de descarga 525 conectada de modo operacional ao compressor 527 e disposta para permitir o fluxo do refrigerante comprimido para fora do compressor 527. A linha de descarga 525 pode ser adicionalmente conectada de modo operacional ao condensador 523. O condensador 523 pode ser disposto para receber o refrigerante comprimido da linha de descarga 525. O condensador 523 pode ser disposto para receber o refrigerante comprimido do compressor 527. O condensador 523 pode ser adicionalmente disposto para condensar o refrigerante. O condensador 523 pode ser disposto para encaminhar o refrigerante comprimido e condensado para o interior da linha de entrada 517 em direção ao recipiente 501.

[049] O sistema de refrigeração da Figura 5 pode compreender meio de controle de pressão (não mostrado) disposto para controlar uma pressão do refrigerante no recipiente 501 com base em uma temperatura alvo. O sistema de refrigeração pode compreender adicionalmente um sensor de temperatura configurado para medir uma temperatura do trocador de calor dentro do espaço interno 607 ou do fluido dentro do tubo 631. Alternativa ou adicionalmente, o sistema pode compreender um sensor de pressão configurado para medir a pressão do refrigerante dentro do espaço interno 607. O meio de controle pode compreender uma tabela ou outro tipo de mapeamento que se refere a valores de temperatura para valores de pressão de refrigerante correspondentes.

[050] O sistema de refrigeração pode compreender mais de um recipiente (não mostrado) conectado a ao sistema refrigerado em paralelo. O sistema refrigerado pode compreender adicionalmente mais de uma torneira, em que cada torneira é conectada ao tubo interno de um recipiente diferente. O sistema refrigerado pode compreender adicionalmente mais de um reservatório de fluido, em que cada um contém um fluido a ser refrigerado e conectado a cada tubo interno de um recipiente diferente. Cada recipiente pode ter seu próprio controle de pressão/temperatura apresentado acima.

[051] O condensador do sistema de refrigeração da Figura 5 pode compreender, por exemplo, um recipiente como apresentado nas Figuras 1A, 1B, 2A, 2B, 3 e 4.

[052] A Figura 6 mostra uma esquemática de um sistema de refrigeração. O sistema de refrigeração da Figura 6 compreende um evaporador 551, um compressor 557 e um condensador 561. O evaporador 551 pode compreender um recipiente 501 como o apresentado na Figura 5. O evaporador 551 pode compreender bem como um recipiente como os apresentados nas Figuras 1A, 1B, 2A, 2B, 3 e 4. Alternativamente, o evaporador 511 pode ser qualquer evaporador conhecido na técnica. O sistema de refrigeração da Figura 6 pode compreender adicionalmente um tubo de entrada de fluido 558 que pode ser conectado de modo operacional ao evaporador 558 para permitir que um fluido seja resfriado por meio do evaporador 551. O sistema de refrigeração da Figura 6 pode compreender também um tubo de saída de fluido 570 que pode ser conectado de modo operacional ao evaporador 551 para permitir o fluxo de um fluido para fora do evaporador. O sistema de refrigeração pode compreender adicionalmente uma linha de sucção 555. Uma das extremidades da linha de sucção 555 pode ser fluidamente conectada ao evaporador 551 e disposta para permitir o fluxo de um refrigerante para fora do evaporador 551. A outra extremidade da linha de sucção 555 pode ser adicionalmente conectada de modo operacional ao compressor 557. O compressor 557 pode ser disposto para provocar o fluxo de um refrigerante do evaporador 551 para o compressor 557 através da linha de sucção 555. O compressor 557 pode ser disposto para comprimir o refrigerante recebido da linha de sucção 555. O sistema de refrigeração pode compreender adicionalmente uma linha de descarga 559 que conecta fluidamente o compressor 557 ao condensador 561 e disposto para permitir o fluxo do refrigerante comprimido do compressor 557 para o condensador 561. O condensador 561 pode ser disposto para condensar o refrigerante comprimido recebido do compressor. O condensador 561 pode ser qualquer condensador adequado conhecido na técnica. Alternativamente, o condensador 561 pode compreender um recipiente 501 similar ao apresentado na Figura 5, ou um recipiente similar aos apresentados nas Figuras 1A, 1B, 2A, 2B, 3 e 4. Em tal caso, o refrigerante pode ser condensado dentro do espaço interno do recipiente. Um fluido de resfriamento pode ser disposto para fluir através do tubo ou tubos, para resfriar adicionalmente o refrigerante.

[053] O sistema de refrigeração pode compreender adicionalmente uma linha 563 que conecta fluidamente o condensador 561 ao evaporador 551 e disposta para permitir o fluxo de um refrigerante condensado do condensador para o evaporador 551. Nas modalidades ilustradas no presente documento, o aparelho é construído de modo que o interior do tubo seja fluidamente isolado do refrigerante. A troca de calor ocorre entre o interior e exterior do tubo. Entretanto, o refrigerante normalmente não pode fluir para dentro do tubo. Entretanto, isso não é uma limitação.

[054] A Figura 7 mostra uma vista aberta parcialmente trabalhada de um aparelho para refrigerar um fluido. O aparelho da Figura 7 pode compreender um trocador de calor 601. O trocador de calor 601 pode compreender uma parede interna 605 e uma parede externa 603. A parede interna 605 e a parede externa 603 podem ser concêntricas. O trocador de calor 601 pode ter um espaço interno 607 delimitado pelo menos pela parede interna 605 e pela parede externa 603. O trocador de calor 601 pode compreender um tubo 631 dentro do espaço interno 607 disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna 605. O tubo 631 pode ser disposto com uma pluralidade de voltas em torno da parede interna 605. O espaço interno 601 pode ter um formato de um toroide ou rosca. O trocador de calor 601 pode ser similar aos aparelhos mostrados nas Figuras 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4 e 5. O trocador de calor 601 pode ser usado como o vaporizador e o elemento de resfriamento do aparelho.

[055] O trocador de calor pode compreender um primeiro orifício e um segundo orifício (não mostrado). O primeiro orifício e o segundo orifício podem estar na parede externa 603 do trocador de calor 601. Por exemplo, o primeiro orifício pode ser disposto em dois terços da altura do trocador de calor 601 ou mais. Por exemplo, o segundo orifício pode ser disposto em um terço da altura ou menos. Alternativamente, o primeiro orifício e o segundo orifício podem estar localizados em qualquer local adequado do trocador de calor 601. O tubo 631 compreende uma primeira extremidade e uma segunda extremidade (não mostrado). A primeira extremidade do tubo pode ser fixada ao primeiro orifício e a segunda extremidade do tubo pode ser fixada ao segundo orifício para permitir a comunicação fluida para dentro e/ou para fora do tubo 631 através do primeiro orifício e do segundo orifício.

[056] A primeira extremidade do tubo pode ser conectada de modo operacional a um reservatório de fluido (não mostrado) e disposta para permitir o fluxo de um fluido a ser refrigerado a partir do reservatório de fluido (não mostrado) para o interior do tubo 631. Por exemplo, o reservatório de fluido contém líquido consumível adequado para bebidas, tais como água, refrigerante ou cerveja. Por exemplo, o líquido consumível é uma bebida gasosa. A segunda extremidade do tubo pode ser conectada de modo operacional a uma torneira (não mostrado) e disposta para permitir o fluxo do fluido refrigerado para fora do tubo interno 631 para o interior da torneira.

[057] O trocador de calor 601 pode compreender adicionalmente uma entrada 621 e uma saída 619. O sistema de refrigeração da Figura 7 pode compreender adicionalmente um tubo de entrada de refrigerante e um tubo de saída de refrigerante (não mostrado). O tubo de entrada de refrigerante pode ser conectado à entrada 621 e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante através do tubo de entrada de refrigerante para o espaço interno 607. O tubo de saída de refrigerante pode ser conectado à saída 619 e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante para fora do espaço interno 607 para o interior do tubo de saída de refrigerante.

[058] O sistema de refrigeração da Figura 7 pode compreender adicionalmente um compressor (não mostrado) e um condensador 623. A linha de saída de refrigerante pode entrar no compressor. O compressor pode ser disposto para receber o refrigerante da linha de saída e para comprimir o refrigerante. O compressor pode compreender uma linha de descarga (não mostrado) conectada de modo operacional ao compressor e disposta para permitir o fluxo do refrigerante comprimido para fora do compressor. A linha de descarga pode ser adicionalmente conectada de modo operacional ao condensador 623. O condensador 623 pode ser disposto para receber o refrigerante comprimido da linha de descarga. O condensador 623 pode ser disposto para receber diretamente o refrigerante comprimido do compressor. O condensador 623 pode ser adicionalmente disposto para condensar o refrigerante. O condensador 623 pode ser disposto para encaminhar o refrigerante comprimido para a linha de entrada.

[059] O aparelho de refrigeração da Figura 7 pode compreender adicionalmente uma fonte de alimentação 629 para fornecer eletricidade para os componentes elétricos do aparelho de refrigeração.

[060] A parede interna 619 pode circundar qualquer outro elemento ou material adequado. Por exemplo, um componente do sistema de refrigeração poderia ser disposto no centro aberto do recipiente. Alternativamente, o material de isolamento pode ser colocado lá e/ou em torno do trocador de calor 601.

[061] A Figura 8 mostra um fluxograma de um método de refrigeração de um fluido. O método de refrigeração de um fluido pode compreender uma etapa 701 que compreende controlar o fluxo de refrigerante que passa através de um tubo de entrada fluidamente conectado a um espaço interno de um recipiente através do tubo de entrada para o espaço interno e controlar o fluxo do refrigerante para fora do espaço interno para o interior de um tubo de saída conectado ao espaço interno, em que o recipiente compreende uma parede interna e uma parede externa, em que a parede interna e a parede externa são concêntricas e o espaço interno é delimitado pelo menos pela parede interna e pela parede externa, em que o recipiente compreende uma entrada e uma saída para transporte de refrigerante para dentro e para fora do espaço interno disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna.

[062] O método pode compreender adicionalmente uma etapa 702. A etapa 702 compreende controlar um fluxo de um fluido a ser refrigerado que passa através do tubo interno.

[063] O método de controle pode compreender uma etapa adicional (não mostrado) que compreende controlar uma pressão no recipiente com base em uma temperatura alvo.

[064] Será apreciado que as três etapas mencionadas acima podem ser realizadas simultaneamente, de modo que um suprimento contínuo de líquido refrigerado seja suprido.

[065] Deve ser observado que as modalidades descritas acima ilustram em vez de limitar a invenção, e que os elementos versados na técnica serão capazes de projetar muitas modalidades alternativas sem que se afaste do escopo das reivindicações anexas. Nas reivindicações, qualquer elemento de referência colocado entre parênteses não deve ser interpretado como limitadores da reivindicação. O uso do verbo "compreender" e suas conjugações não excluir a presença de elementos ou etapas além daquelas estabelecidas em uma reivindicação. O artigo "um" ou "uma" precedendo um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. O mero fato de que certas medidas são mencionadas em reivindicações mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser usada de maneira vantajosa.

Claims

1. TROCADOR DE CALOR PARA REFRIGERAR UM FLUIDO EM UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO que compreende: um recipiente (501, 601) para conter um refrigerante, em que recipiente compreende uma parede interna (505, 605) e uma parede externa (503, 603), em que a parede interna e a parede externa são concêntricas, em que o recipiente tem um espaço interno (607) delimitado pelo menos pela parede interna e pela parede externa, em que o recipiente compreende uma entrada (521, 621) e uma saída (519,619) para transporte de refrigerante para dentro e para fora do espaço interno (607); e um tubo (631) dentro do espaço interno (607) disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna (505,605), caracterizado pelo espaço interno conter um refrigerante parcialmente no estado líquido e parcialmente no estado gasoso, a saída (519, 619) estando localizada acima de um nível mais alto (120, 220) do refrigerante líquido e em que o tubo (631) está pelo menos parcialmente localizado dentro de um banho de refrigerante líquido.

2. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo recipiente (501, 601) compreender um primeiro orifício (513) e um segundo orifício (511) e o tubo compreende uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, e em que a primeira extremidade do tubo é fixada ao primeiro orifício (513) da parede de recipiente e a segunda extremidade do tubo é fixada ao segundo orifício (511) da parede de recipiente, para permitir a comunicação fluida para dentro e/ou para fora do tubo (631) através do primeiro orifício e do segundo orifício.

3. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: um tubo de entrada de refrigerante (517) conectado à entrada (521, 621) do recipiente e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante através do tubo de entrada de refrigerante para o interior do espaço interno (607); e um tubo de saída de refrigerante (515) conectado à saída (519, 619) do recipiente e disposto para permitir o fluxo de um refrigerante para fora do espaço interno (607) para o interior do tubo de saída de refrigerante (515).

4. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo primeiro orifício (513) ser disposto em dois terços de uma altura do recipiente (501, 601) ou mais, e o segundo orifício (511) ser disposto em um terço da altura do recipiente (501, 601) ou menos, em que a altura é medida ao longo de um eixo geométrico de concentricidade.

5. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo tubo (631) ser disposto com uma pluralidade de voltas em torno da parede interna (505, 605).

6. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo tubo (631) ser disposto para ocupar pelo menos dois terços de um volume do espaço interno (607).

7. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um meio de controle de pressão configurado para controlar uma pressão no recipiente com base em uma temperatura alvo.

8. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender adicionalmente um sensor de temperatura configurado para medir uma temperatura de refrigerante dentro do espaço interno (607) ou do fluido dentro do tubo (631).

9. TROCADOR DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo espaço interno (607) ter um formato de um toroide.

10. SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO, caracterizado por compreender: um trocador de calor, conforme definido na reivindicação 1; um tubo de entrada fluidamente conectado ao espaço interno e disposto para permitir o fluxo do refrigerante através do tubo de entrada para o interior do espaço interno; um tubo de saída fluidamente conectado ao espaço interno e disposto para permitir o fluxo do refrigerante para fora do espaço interno para o interior do tubo de saída; um compressor (527) disposto para receber o refrigerante do tubo de saída e para comprimir o refrigerante; e um condensador (523) disposto para receber o fluido refrigerante comprimido do compressor, para condensar o refrigerante e para encaminhar o refrigerante comprimido para o interior do tubo de entrada.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda um reservatório de fluido (530) e uma torneira (535), em que uma primeira extremidade do tubo está operacionalmente conectada a um reservatório de fluido (530) e disposta para permitir que o fluxo de um fluido seja refrigerado do reservatório de fluido (530) para o tubo (631), e em que uma segunda extremidade do tubo está operacionalmente conectada a uma torneira (535) e disposta para permitir o fluxo do fluido refrigerado para fora do tubo interno (631) para a torneira (535).

12. MÉTODO DE REFRIGERAÇÃO DE UM FLUIDO, realizado no trocador de calor, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo método compreender: controlar (701) o fluxo de um refrigerante através de um tubo de entrada fluidamente conectado a um espaço interno de um recipiente através do tubo de entrada para o espaço interno e o fluxo do refrigerante do espaço interno para o interior de um tubo de saída conectado ao espaço interno, preencher o espaço interno com o refrigerante, parcialmente no estado líquido e parcialmente no estado gasoso, em que o recipiente compreende uma parede interna e uma parede externa, em que a parede interna e a parede externa são concêntricas e o espaço interno é delimitado pelo menos pela parede interna e pela parede externa, em que o recipiente compreende uma entrada e uma saída para transporte de refrigerante para dentro e para fora do espaço interno disposto, a saída está localizada acima do nível mais alto do refrigerante líquido, e em que o recipiente compreende adicionalmente um tubo dentro do espaço interno disposto em pelo menos uma volta em torno da parede interna, que está pelo menos parcialmente localizado dentro de um banho de refrigerante líquido; e controlar (702) o fluxo de um fluido a ser refrigerado através do tubo interno.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente: controlar uma pressão do refrigerante no espaço interno com base em uma temperatura alvo.