BR112017015443B1 - Dispositivo para gerar vapor d'água, aparelho gerador de vapor d'água, e método de coleta de incrustação em um dispositivo para gerar vapor d'água - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um dispositivo (1) para gerar vapor d'água. o dispositivo (1) compreende uma base (2) que forma uma superfície e um elemento aquecedor (3) para aquecer a base (2) a uma temperatura predeterminada que está ao menos acima da temperatura de evaporação da água. a base (2) é inclinada a um ângulo em comparação com a direção horizontal para definir uma extremidade superior e uma extremidade inferior. o dispositivo (1) compreende também uma disposição de entrada de água (4) para dispensar água sobre a base (2) adjacente à extremidade superior, uma unidade de controle (11) para controlar o fluxo de água dispensado sobre a base (2) e um recipiente de coleta de incrustação (5) disposto adjacente à base (2). a unidade de controle (11) é configurada para controlar o fluxo de água dispensado sobre a base (2) e a temperatura da base (2) de modo que substancialmente toda a água dispensada sobre a base (2) evapore antes de atingir a extremidade inferior (15) da base (2). essa invenção possibilita uma coleta de incrustação fácil, graças ao ângulo de inclinação da superfície da base que faz com que a incrustação removida se desloque pela superfície da base em direção à extremidade inferior da base e, por fim, até o recipiente.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de geração de vapor d'água, em particular, um dispositivo de geração de vapor d'água que permite a coleta de incrustação.
[002] Os dispositivos de aquecimento de água projetados para aumentar substancialmente a temperatura de um corpo de água e, em alguns casos, gerar vapor d'água, são conhecidos como sendo propensos a depósitos de formação de incrustação na fonte de calor. Os dispositivos comumente afetados incluem dispositivos de geração de vapor d'água, como uma caldeira, assim como dispositivos de aquecimento de água convencionais, como uma chaleira.
[003] A incrustação é formada quando sólidos dissolvidos na água, como sulfatos ou carbonatos de cálcio e magnésio, são depositados à medida que a água é transformada em vapor d'água. As camadas de incrustação criam uma camada isolante ao redor da fonte de calor e reduzem a eficiência da energia e a velocidade do processo de aquecimento de água. Além disso, a camada isolante da incrustação pode fazer com que a fonte de calor acumule calor em excesso, de modo que a temperatura dos componentes funcionais exceda a temperatura necessária para uma operação segura e confiável.
[004] Um outro problema associado à incrustação é que pequenos fragmentos de incrustação se desprendem durante a geração de vapor d'água e são arrastados no fluxo de vapor. No exemplo de um ferro a vapor, esses pequenos fragmentos de incrustação são depositados sobre a peça de vestuário, sujando a mesma.
[005] A incrustação é tipicamente removida da fonte de calor por meio da limpeza da mesma com ácido fraco ou por raspagem física da incrustação. Ambas as opções envolvem esforço e custos, e exigem que o processo de geração de vapor seja adiado.
[006] Alternativamente, é possível evitar a formação de incrustação tratando a água quimicamente para remover os sólidos dissolvidos. Métodos de troca iônica são comumente usados para reduzir os sólidos dissolvidos totais, em que uma resina impregnada de íons de sódio é disposta para trocar íons de sódio com os íons dos sólidos dissolvidos na água circundante. Desvantajosamente, esse método exige um processo adicional e equipamento de suporte para ser executado, o que pode aumentar o custo e a complexidade da geração de vapor.
[007] Nos dispositivos de geração de vapor tradicionais, o elemento aquecedor precisa estar inteiramente submerso na fonte de água, de modo que, no equilíbrio do sistema, o elemento aquecedor e a camada de incrustação de sujeira sejam mantidos a uma temperatura constante. Surgiram tecnologias mais recentes que geram vapor d'água por meio do gotejamento de água em uma superfície aquecida, provocando uma repentina flutuação de temperatura da base e da camada de incrustação. A flutuação de temperatura causa esforço mecânico na incrustação, que, se for maior que a resistência à tração da incrustação, faz com que a incrustação se rompa. A incrustação é, então, mais facilmente removida por meio de enxágue ou raspagem física da superfície aquecida.
[008] A água que goteja sobre uma superfície aquecida forma um filme e migra ao longo da superfície devido ao condicionamento da superfície da base e à tensão superficial da água. Isso leva a uma distribuição irregular e imprevisível de água, e, portanto, a uma distribuição irregular e imprevisível da incrustação. Em áreas onde a água acumula, depósitos mais espessos de incrustação são formados, sendo estes mais difíceis de se romper.
[009] Uma base de um ferro a vapor é revelada na patente US 4.091.551. A base revelada nesse documento compreende uma base inclinada a um ângulo com a horizontal tendo uma extremidade superior e inferior. A base compreende adicionalmente um elemento aquecedor para aquecer a base do ferro a vapor, que inclui a base e uma disposição de entrada de água para dispensar água na base. A base do ferro a vapor é aquecida até uma temperatura que evapora a água.
[010] US 6 604 493 B1 revela um aparelho de vaporização e alimentação de material líquido.
[011] WO 2015/010968 A1 revela um aparelho para gerar vapor.
[012] É um objetivo da invenção propor um dispositivo para gerar vapor d'água que evita ou mitiga os problemas mencionados acima.
[013] A invenção é definida pelas reivindicações independentes. As reivindicações dependentes definem modalidades vantajosas.
[014] De acordo com a presente invenção, é fornecido um dispositivo para gerar vapor d'água.
[015] A presente invenção refere-se a um dispositivo para gerar vapor d'água. O dispositivo compreende uma base que forma uma superfície e um elemento aquecedor para aquecer a base a uma temperatura predeterminada que está ao menos acima da temperatura de evaporação da água. A base é inclinada a um ângulo em comparação com a direção horizontal para definir uma extremidade superior e uma extremidade inferior. O dispositivo compreende também uma disposição de entrada de água para dispensar água na base adjacente à extremidade superior, e uma unidade de controle para controlar o fluxo de água dispensado na base. Um recipiente de coleta de incrustação está disposto adjacente à base e compreende uma porção de superfície de fundo. A unidade de controle é configurada para controlar a temperatura predeterminada da base de modo que substancialmente toda a água dispensada na base evapore antes de atingir a extremidade inferior da base. A base é parcialmente delimitada por uma parede; uma delimitação formada pela parede que é aberta na extremidade inferior de modo que a base se comunica com o recipiente de coleta de incrustação.
[016] A dispensação de água em uma baseinclinada aquecida faz com que a mesma forme um filme fino e evapore mais rapidamente que se a base fosse plana. Como o filme de água que está sendo alimentado na base é frio em relação à superfície aquecida, qualquer incrustação na base será submetida a choque térmico. Ou seja, o efeito de resfriamento da água (ao menos até que ela evapore) e o efeito de aquecimento da superfície induzirão o estresse térmico e a tensão em qualquer incrustação que tenha se formado sobre a superfície, fazendo com que ela se rompa e seja expelida da superfície. O ângulo de inclinação da superfície da base faz com que a incrustação removida se desloque pela superfície da base em direção à extremidade inferior da base e, por fim, até o recipiente. Além disso, o ângulo de inclinação da base ajuda a melhorar a eficiência da evaporação superando-se o efeito de Leidenfrost. O efeito de Leidenfrost ocorre quando uma gotícula de água fica suspensa sobre uma superfície aquecida por uma camada de vapor que foi formada entre a água e a superfície aquecida. A camada de vapor isola a água suspensa acima e impede a transferência de calor. Na presente invenção, o ângulo acentuado da superfície da base assegura que a água seja continuamente deslocada sobre a dita superfície da base pela ação da gravidade. O atrito entre a camada de vapor e a superfície da base faz com que a porção do vapor escape, de modo que a água fique em contato com a superfície da base e evapore mais rapidamente.
[017] De preferência, a base tem ao menos uma canaleta que se estende entre as extremidades superior e inferior.
[018] De preferência, a ao menos uma canaleta compreende uma pluralidade de canaletas que se estendem em paralelo.
[019] Quando a água é dispensada em uma base plana aquecida, um filme é formado, sendo que a direção de percurso do filme em relação à base é determinada por uma combinação da tensão superficial da água e da gravidade. O efeito da tensão superficial pode fazer com que a água se desloque transversalmente ao longo da superfície da base de modo que os fluxos separados se unam e formem um filme mais espesso. A presença de canaletas evita que a água se desloque transversalmente ao longo da superfície da base, já que o efeito da tensão superficial é insuficiente para fazer com que a água escape da canaleta; a água, em vez disso, é induzida pela gravidade a se deslocar pela canaleta e formar um filme mais delgado que evaporará mais rapidamente e usará menos energia que se um filme mais espesso fosse formado. Além disso, a taxa aumentada de evaporação significa que a distância entre a extremidade superior e a extremidade inferior da base aquecida pode ser reduzida para qualquer quantidade determinada de água dispensada.
[020] De preferência, a porção de superfície de fundo se estende para baixo em um plano paralelo ao plano da base.
[021] De preferência, a disposição da entrada de água compreende múltiplas entradas de água para dispensar água em múltiplas regiões da base adjacentes à dita extremidade superior.
[022] Se a água for fornecida a múltiplas regiões da superfície da base, a água que está sendo fornecida à superfície esfriará a superfície nessas regiões, e também resfriará qualquer incrustação que foi formada sobre a superfície nessas regiões. Portanto, a incrustação será resfriada a diferentes velocidades, o que ajudará na indução do choque térmico que vai atuar para romper a incrustação.
[023] De preferência, o número de entradas de água é igual ao número da dita pluralidade de canaletas, e sendo que cada entrada de água fica voltada para uma canaleta da dita pluralidade de canaletas, respectivamente.
[024] De preferência, a porção de superfície de fundo compreende uma porção de superfície horizontal que é mais baixa que a dita extremidade inferior.
[025] De preferência, é fornecida uma pluralidade de bases que circundam o recipiente.
[026] De preferência, o recipiente é formado integralmente com a base.
[027] De preferência, a base é inclinada a ao menos 45 graus a partir do plano horizontal.
[028] De preferência, o recipiente compreende uma pluralidade de paredes com uma abertura removível formada em ao menos uma dentre as paredes para acessar uma parte interna do recipiente.
[029] De preferência, de acordo com a presente invenção, é fornecido um aparelho de geração de vapor d'água que compreende um dispositivo para gerar vapor d'água, conforme descrito acima.
[030] De preferência, de acordo com a presente invenção, é fornecido um aparelho de geração de vapor d'água, conforme descrito acima, que compreende uma bomba d'água para fornecer água à dita disposição de entrada de água e uma unidade de controle para controlar a taxa de fluxo de água fornecida à disposição de entrada de água que depende da dita temperatura predeterminada.
[031] De acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um método de coleta de incrustação em um dispositivo para gerar vapor d'água, sendo que o dito método compreende as etapas de: aquecer uma base inclinada em um ângulo em comparação com a direção horizontal, sendo a base aquecida a uma temperatura predeterminada que está ao menos acima da temperatura de evaporação de água, sendo que a base define uma extremidade superior e uma extremidade inferior, a base sendo parcialmente delimitada por uma parede, uma delimitação formada pela parede que é aberta na extremidade inferior de modo que a base se comunica com o recipiente disposto adjacente à base; dispensar água sobre a dita base adjacente à dita extremidade superior controlar o fluxo de água dispensado na base e a temperatura da base de modo que substancialmente toda a água dispensada sobre a placa evapore antes de atingir a extremidade inferior da base, e coletar em um recipiente a incrustação que cai da base, sendo o recipiente disposto adjacente à dita base.
[032] As modalidades da invenção serão agora descritas, somente a título de exemplo, com referência às figuras em anexo, nas quais:
[033] a Figura 1 é uma vista explodida emperspectiva isométrica de uma primeira modalidade da presente invenção;
[034] a Figura 2 é uma vista em seção transversal da modalidade mostrada na Figura 1;
[035] a Figura 3 é uma vista em perspectivaisométrica de uma segunda modalidade da presente invenção;
[036] a Figura 4 é uma vista em perspectivaisométrica de uma terceira modalidade da presente invenção;
[037] a Figura 5 é uma vista em elevaçãolateral de uma quarta modalidade da presente invenção;
[038] a Figura 6 é uma vista de topo damodalidade mostrada na Figura 5;
[039] a Figura 7 é uma vista lateral em seção transversal de uma quinta modalidade da presente invenção.
[040] Em todas as modalidades da presente invenção, mostradas nas Figuras 1 a 6, é fornecido umdispositivo 1 para gerar vapor d'água. O dispositivo 1 compreende:- uma base 2 que forma uma superfície plana,- um elemento aquecedor 3 para aquecer a base 2 até uma temperatura predeterminada que está ao menos acima da temperatura de evaporação da água,- a base 2 sendo inclinada a um ângulo A0 em comparação com a direção horizontal H para definir uma extremidade superior 16 e uma extremidade inferior 15,- uma disposição de entrada de água 4 para dispensar água em uma base 2 próxima à dita extremidade superior 16,- um recipiente 5 disposto adjacente à dita base 2, o dito recipiente 5 compreendendo uma porção de superfície de fundo 6 que se estende ao menos abaixo da dita extremidade inferior 15.
[041] A superfície aquecida da base 2 é inclinada em um ângulo adequadamente acentuado A0 a partir da direção horizontal H. A água é depositada sobre a superfície aquecida no topo da inclinação e deixada para que se desloque ao longo da superfície. A trajetória do deslocamento da água ao longo da superfície é regida por uma combinação de efeitos da gravidade e tensão superficial. A forte influência da gravidade devido ao ângulo acentuado da inclinação da superfície aumenta a previsibilidade e uniformidade da distribuição de água ao longo da superfície e, portanto, aumenta a uniformidade da espessura da incrustação ao longo da superfície. À medida que a água é impedida de se acumular sobre a superfície por gravidade, uma camada fina e uniforme de incrustação é formada, sendo mais facilmente rompida pelo efeito de resfriamento repentino de gotas sucessivas de água.
[042] Uma primeira modalidade da invenção é mostrada na Figura 1 e compreende um dispositivo de geração de vapor (1) que compreende um compartimento (14) e uma tampa (13). O compartimento compreende uma base (2), de preferência, inclinada a ao menos 45 graus a partir da direção horizontal (H), quando o dispositivo de geração de vapor (1) está em uma posição operacional, e um recipiente de coleta de incrustação (5). De preferência, a base (2) e o recipiente de coleta de incrustação (5) são integralmente formados como uma parte única. O recipiente de coleta de incrustação (5) está disposto adjacente à base (2) no fundo da inclinação da base (2).
[043] A base (2) fornece a superfície aquecida mencionada acima sobre a qual a água é depositada quando o dispositivo (1) está em funcionamento. A incrustação formada sobre a base é rompida pelo processo de descamação, de modo que as escamas da incrustação são induzidas a se deslocarem ao longo da inclinação da base (2) para atravessarem a extremidade inferior (15) da base.
[044] A base (2) compreende uma superfície plana de quatro lados. A seguir, a região da base (2) que está disposta na parte superior da inclinação é chamada de extremidade superior (16), enquanto a região da base (2) que está disposta na parte inferior da inclinação é chamada de extremidade inferior (15). A base (2) tem um formato retangular com dois lados longos (17) e dois lados curtos (18). A base é parcialmente delimitada por uma parede (19) que se estende ao redor dos lados da base para se estender a partir do lado curto (18), adjacente à extremidade superior da base (16) e ao longo de ambos os lados longos (17), de modo que a base é aberta na extremidade inferior (15) para se comunicar com o recipiente de coleta de incrustação (5). As paredes (19) incluem uma porção de parede (19a) que se estende ao longo do lado curto (18) e porções de parede (19b) que se estendem ao longo dos lados longos (17).
[045] O recipiente de coleta de incrustação (5) compreende uma base retangular plana que define uma parede da superfície de fundo (6) (deste ponto em diante, superfície de fundo 6 e quatro paredes laterais (20) que se estendem a partir das bordas externas da superfície de fundo (6) para circundar a superfície inferior e fornecer um receptáculo no qual a incrustação é depositada. A superfície de fundo (6) está disposta abaixo da extremidade inferior (15) da base (2) e está disposta na horizontal (H) quando o dispositivo de geração de vapor (1) está em uma posição operacional. A extremidade inferior (15) da base (2) é contígua à borda superior de uma parede lateral (20), de modo que a incrustação que descama da base (2) pode ultrapassar a parede lateral (20) e entrar no receptáculo. Duas paredes laterais adicionais (20) se estendem até as paredes (19) que se estendem ao longo dos lados longos (17) da base (2). De preferência, o recipiente de coleta de incrustação (5) compreende adicionalmente uma abertura (9) formada em uma superfície do recipiente de coleta de incrustação (5) para fornecer acesso ao interior do recipiente de coleta de incrustação (5) para que a incrustação ali depositada possa ser facilmente removida. Será entendido que essa abertura (9) pode ser formada em qualquer superfície ou parede que define o recipiente de coleta de incrustação (5), incluindo a parede da superfície de fundo (6) e qualquer uma das quatro paredes laterais (20). Na modalidade mostrada, a abertura (9) é formada na parede lateral (20) disposta em oposição à parede lateral (20) contígua à base (2). Por exemplo, a abertura (9) é fechada por uma tampa removível (12) mostrada na Figura 2. A tampa (12) é configurada para vedar a abertura (9) de modo que o vapor d'água e a incrustação fiquem contidos no interior do dispositivo de geração de vapor (1) quando ele está em uso.
[046] A Figura 2 mostra a modalidade da Figura 1 na seção transversal. Nessa vista da modalidade, a tampa (13) é fixada sobre o compartimento (14) para fechar o dispositivo de geração de vapor (1). A tampa (13) é mantida no lugar, por exemplo, por parafusos que atravessam as aberturas (21) fornecidas na tampa (13) adjacente às bordas externas da tampa (13) e entram nas patilhas rosqueadas (22) posicionadas de modo correspondente. Uma guarnição (23) é fornecida; a guarnição (23) compreende uma folha fina de material de vedação de silicone em um formato que corresponde à borda superior do compartimento (14) e é disposta entre em contiguidade à tampa (13) e ao compartimento (14) quando a tampa (13) é fixada ao compartimento (14). Vantajosamente, a guarnição (23) assegura que o vapor gerado dentro do dispositivo de geração de vapor (1) fique contido ali.
[047] A tampa (13) compreende uma saída de vapor (24); a saída do vapor (24) pode ser conectada a qualquer dispositivo, mangueira, tubo ou outros meios para aplicar, usar ou transportar vapor d'água. Por exemplo, a saída de vapor (24) pode transportar vapor d'água de dentro do dispositivo de geração de vapor (1) até uma passagem de vapor de uma base de ferro a vapor, como um ferro a vapor tipicamente usado para o tratamento de peças de vestuário. Alternativamente, a saída do vapor d'água (24) pode transportar vapor do dispositivo de geração de vapor (1) até uma mangueira conectada a um aplicador de vapor, como um cabeçote dispensador de vapor para aplicar vapor a peças de vestuário ou outros artigos. Será reconhecido que a saída de vapor (24) pode, alternativamente, ser fornecida no compartimento (14). Além disso, o dispositivo (1) pode, opcionalmente, compreender múltiplas saídas de vapor (24) para fornecer vapor a múltiplos dispositivos ou aplicadores.
[048] A tampa (13) pode compreender adicionalmente uma entrada de água (4), sendo a entrada de água (4) disposta de modo a dispensar água sobre a extremidade superior (16) da base (2). Em funcionamento, a água é aplicada através da entrada de água (4) sob a forma de gotículas. As gotículas de água são espalhadas em um filme fino pela tensão superficial da água e a ação da gravidade. Será reconhecido que esse filme de água é mais delgado e distribuído de maneira mais uniforme que se a base (2) fosse substancialmente menos inclinada. Esse filme fino de água é vaporizado para produzir vapor, fazendo com que a incrustação seja formada sobre a superfície da base (2). A quantidade de incrustação formada em cada instância de evaporação é limitada pela espessura da camada de filme de água.
[049] A entrada de água (4) é configurada para dispensar água em múltiplas regiões espaçadas (25) ao longo da largura da extremidade superior (16) da base (2), de modo que a água corre por toda a largura da base para utilizar toda a superfície da base (2). Em um exemplo dessa modalidade, a entrada de água (4) compreende uma pluralidade de orifícios (não mostrados) para introduzir simultaneamente múltiplas gotículas de água na base (2).
[050] Um elemento aquecedor (3) disposto adjacente à base (2) atua para aquecer a base (2). Nessa modalidade, o elemento aquecedor (3) é um aquecedor de filamento eletrônico, embora seja reconhecido que qualquer outro aquecedor adequado pode ser usado. Para uma transferência de calor mais eficaz entre o elemento aquecedor (3) e a base (2), o elemento aquecedor (3) é, de preferência, integrado à base (2) (conforme mostrado na Figura 2) de modo que a base (2) envolva todas as superfícies do elemento aquecedor (3) que atua para transferir calor.
[051] Em todas as modalidades, o dispositivo de detecção de temperatura é também fornecido para medir a temperatura da base (2) e, em particular, a temperatura da superfície da base (2). De acordo com a modalidade mostrada na Figura 2, um sensor de temperatura (não mostrado) é disposto próximo à base 2 e conectado à unidade de controle (11) para derivar a temperatura correspondente da base 2. A unidade de controle (11) é adicionalmente configurada para controlar a temperatura da base 2, por exemplo, ajustando (isto é, aumentando ou reduzindo) a energia fornecida ao elemento aquecedor, para assegurar que a temperatura da base 2 esteja ao menos acima da temperatura de evaporação da água. A unidade de controle (11) é adicionalmente configurada para controlar a vazão da água através da entrada de água (4) dependendo da temperatura da base (2) detectada pelo sensor de temperatura. A unidade de controle (11) pode operar uma bomba (10) e/ou uma válvula (não mostrada) para controlar o fluxo da água fornecido através da entrada da base (2) dependendo da temperatura da base (2), conforme detectado pelo sensor de temperatura com o propósito de maximizar o efeito do choque térmico. O fluxo de água é também controlado para assegurar que toda a água que entra em contato com a superfície da base (2) seja evaporada e que não haja nenhum, ou substancialmente nenhum, fluxo da base (2) para o recipiente de coleta de incrustação (5).
[052] O elemento aquecedor (3) pode ser um elemento aquecedor do tipo liga-desliga (3), sendo que nesse caso, o elemento aquecedor (3) é ligado quando a temperatura da superfície da base (2) cai abaixo de um valor predeterminado e é desligado quando a temperatura sobe acima de um valor predeterminado. Alternativamente, o elemento aquecedor (3) pode ter uma saída de energia variável de modo que uma temperatura mais constante possa ser mantida na superfície da base (2). Desse modo, a temperatura da superfície da base (2) pode ser mantida precisamente a uma temperatura suficientemente alta para evaporar a água que está sendo fornecida à suficiente da base (2) antes que ela atinja o recipiente de coleta de incrustação (5). Portanto, nenhuma água, ou ao menos muito pouca água, acumulará no recipiente de coleta de incrustação (5).
[053] O elemento aquecedor (3) é integrado à base (2) de modo que ele fica em estreita proximidade com a superfície da base (2). Isso significa que o elemento aquecedor (3) é capaz de aquecer rapidamente a superfície da base (2) quando a temperatura cai, o que ocorrerá quando a água for fornecida à base (2) e evaporada. A proximidade do elemento aquecedor (3) com a superfície da base (2) reduz o atraso entre a ligação do elemento aquecedor (3) e o subsequente aumento na temperatura da superfície da base (2). Portanto, o dispositivo (1) é capaz de regular melhor a temperatura da superfície da base (2) e manter umatemperatura alta, possibilitando que a base (2) evapore todaa água que é fornecida sobre a superfície da base (2) e impeça que a água chegue ao recipiente de coleta deincrustação (5). A diferença entre a temperatura da base (2)antes e depois que a água é alimentada na superfície da base (2) (ou entre as condições seca e molhada durante o funcionamento) pode ser de ao menos 30 graus Celsius. De preferência, a diferença de temperatura pode ser de ao menos 60 graus Celsius. Além disso, a diferença de temperatura das paredes laterais (19) quando as paredes laterais (19) ficam molhadas e quando as paredes laterais (19) estão secas pode ser de ao menos 30 graus Celsius. Em outras palavras, a temperatura da base (2) (ou das paredes laterais (19)) quando a base (2) (ou as paredes (19)) está(estão) molhada(s) é de ao menos 30 graus Celsius menor em comparação a quando a base (2) (ou as paredes (19)) está(estão) seca(s) durante o aquecimento. A diferença de temperatura cria um choque térmico na incrustação presente na base que faz com que a mesma se descame e se desloque até o recipiente de coleta de incrustação (5).
[054] De preferência, a água é evaporada na área mais próxima ao elemento aquecedor (3). O elemento aquecedor (3) pode ser posicionado de modo que a zona de aquecimento principal fique no meio da base (2) e distal às paredes (19). Portanto, a água que se espalha sobre a base (2) durante a geração de vapor não atinge as paredes circundantes (19). Efetivamente, a largura da área molhada (de geração de vapor) é, de preferência, menor que a distância entre as porções das paredes laterais (19b) ao longo dos lados longos (17b). A posição da dosagem de água é também disposta de tal modo que a água que se espalha não atinge a porção da parede (19a) ao longo do lado curto (18). Isso pode ajudar a reduzir ou evitar que a incrustação carregada pela água seja depositada ao longo das paredes (19). As paredes circundantes (19) podem ser integrais à base (2) ou à tampa circundante (13).
[055] O compartimento (14) de uma segunda modalidade da invenção é mostrado na Figura 3. Como nas modalidades acima, uma base plana aquecida (2) é fornecida. A base (2) compreende uma superfície retangular de quatro lados com dois lados longos (26) e dois lados curtos (27). A base (2) tem uma extremidade superior (16) e uma extremidade inferior (15) em posição adjacente aos lados longos (26) da base (2), respectivamente. A base é parcialmente limitada por uma parede (19) que se estende ao redor de três lados da base para se estender do lado longo (26), adjacente à extremidade superior da base (16), e ao longo de ambos os lados curtos (27), de modo que a base é aberta na extremidade inferior (15) para se comunicar com o recipiente de coleta de incrustação (5). A base (2) compreende adicionalmente várias paredes (28) que se erguem perpendicularmente a partir da superfície da base (2) e que se estendem longitudinalmente a partir da superfície superior (16) até a extremidade inferior (15) da base de modo a dividir a base em uma série de canaletas paralelas (7). Múltiplas entradas de água (não mostradas) são fornecidas na tampa (não mostrada). O número de entradas de água é igual ao número de canaletas (7) fornecidas na superfície da base (2), sendo cada entrada de água disposta de modo a ficar voltada para uma respectiva canaleta (7).
[056] Nessa segunda modalidade da invenção, o recipiente de coleta de incrustação (5) compreende uma superfície de fundo (6) que é disposta abaixo da base (2) e se estende em um plano paralelo à base (2). Como na primeira modalidade, o recipiente de coleta de incrustação (5) compreende adicionalmente quatro paredes laterais (20) que se estendem a partir das bordas externas da superfície de fundo (6) para circundar a superfície de fundo (6) e fornecer um receptáculo no qual a incrustação é depositada. A extremidade inferior (15) da base (2) é contígua à borda superior de uma parede lateral (20), de modo que a incrustação que descama da base (2) pode ultrapassar a parede lateral (20) e entrar no receptáculo. Duas paredes laterais adicionais (20) se estendem até as paredes (19) que se estendem ao longo de ambos os lados curtos (27) da base (2).
[057] O compartimento (14) de uma terceira modalidade da invenção é mostrado na Figura 4, e recursos similares nessa modalidade contêm os mesmos números de referência. Como nas modalidades acima, uma base plana aquecida (2) é fornecida inclinada a ao menos 45 graus da horizontal (H) para definir as extremidades superior (16) e inferior (15) da base (2). A base (2) tem um formato alongado, com lados (29) e porções curvas (30) que delimitam as extremidades superior (16) e inferior (15) da base (2), respectivamente. A base (2) é parcialmente limitada por uma parede (19) que se estende perpendicular à mesma e está disposta ao longo dos lados (29) e de porções curvas (30). A parede (19) inclui uma porção de parede (19a) ao longo do lado curvo superior (30) e porções de parede (19b) ao longo dos lados (29). O contorno formado pela parede (19) é aberto na extremidade inferior (15) da base (2), de modo que a base (2) se comunica com o recipiente de coleta de incrustação (5). Nessa modalidade, o recipiente de coleta de incrustação (5) tem uma superfície de fundo (6) que se estende a partir da extremidade inferior (15) da base (2) abaixo e em um plano paralelo à base (2); portanto, a superfície de fundo (6) é orientada a ao menos 45 graus da horizontal (H) quando o compartimento (14) está em uma posição operacional. Nessa modalidade, a superfície de fundo (6) compreende umasuperfície plana retangular que é substancialmente mais larga que a base plana alongada (2). O lado curvo (30) daextremidade inferior (15) da base (2) se sobrepõe ebissecciona um lado da superfície de fundo do recipiente de coleta de incrustação (5). Como nas modalidades acima, orecipiente de coleta de incrustação (5) compreende paredes laterais (20) que se estendem perpendicularmente a partir das bordas externas da superfície de fundo (6) para fornecer um receptáculo no qual a incrustação é depositada. Nessa modalidade, as paredes laterais (20) se estendem ao redor das bordas externas da superfície de fundo (6) até as paredes (19) que se estendem ao longo dos lados paralelos (29) da base (2) onde a base (2) se sobrepõe à superfície de fundo (6).
[058] Patilhas (22) dispostas ao redor da superfície externa do compartimento (14) são configuradas para possibilitar que o compartimento (14) seja montado por acessórios de parafuso à tampa (não mostrada). Cada acessório de parafuso atravessa um orifício formado na tampa (não mostrado) que é, então, engatado de maneira rosqueável à patilha (22) para criar um espaço vedado para a geração de vapor. Como nas modalidades acima, as entradas de água (não mostradas) são fornecidas na tampa e dispostas para dispensar água na extremidade superior (16) da base (42).
[059] O compartimento (14) de uma quarta modalidade da invenção é mostrado nas Figura 5 e 6. De acordo com essa modalidade, o dispositivo (1) para gerar vapor compreende uma pluralidade de bases (2) que cercam o recipiente (5). Por exemplo, quatro bases trapezoidais planas aquecidas (2) são dispostas para circundar um recipiente de coleta de incrustação (5). As bases (2) são dispostas de modo que as superfícies das bases (2) formam um tronco piramidal de extremidade aberta. As bordas superiores (31) das bases (2) definem a maior face da extremidade aberta do formato de tronco piramidal, com as bordas inferiores (32) das bases (2) definindo a face pequena de extremidade aberta do formato de tronco piramidal.
[060] Como acima, o recipiente de coleta de incrustação (5) compreende uma base de quatro lados que forma a superfície de fundo (6), com as paredes laterais contíguas (20) se erguendo a partir de cada lado da superfície de fundo (6) para definir um receptáculo no qual a incrustação é depositada. As bordas superiores das paredes laterais são contíguas às bordas inferiores (32) das bases (2). Nessa modalidade, como nas modalidades acima, as bases (2) e o recipiente de coleta de incrustação (5) são integrados para formar o compartimento (14).
[061] Uma tampa (13) é fornecida para fechar o topo do compartimento e fornecer um ambiente vedado para geração de vapor. A tampa pode ser fixada ao compartimento (14) por qualquer meio adequado. As entradas de água (4) podem ser fornecidas na tampa para dispensar água sobre a base (2) adjacente às bordas superiores da base (31).
[062] Uma vista lateral em seção transversal de uma quinta modalidade da invenção é mostrada na Figura 7. De acordo com essa modalidade, o dispositivo de geração de vapor (1) para gerar vapor compreende um compartimento (14) e uma tampa (13) com uma disposição de entrada de água (4). O compartimento (14) compreende uma base (2) inclinada em ao menos 10 graus em relação à horizontal quando o dispositivo de geração de vapor (1) está em uma posição operacional. De preferência, a base (2) é inclinada em ao menos 60 graus em relação à horizontal, conforme mostrado na Figura 7, quando o dispositivo de geração de vapor (1) está em uma posição operacional. Uma câmara de geração de vapor (50) é formada a partir de uma área que se estende entre a base (2) e a tampa (13). O dispositivo (1) pode ter uma porção de parede (19a) ao longo de um lado curto da base (2) e porções de parede (não mostradas na Figura 7) ao longo dos lados longos da base (2).
[063] O compartimento (14) da quinta modalidade da presente invenção compreende adicionalmente um recipiente de coleta de incrustação (5). O recipiente de coleta de incrustação (5) está disposto adjacente a uma extremidade inferior (15) da base (2). Nessa modalidade, o recipiente de coleta de incrustação (5) é formado a partir de uma região alargada da câmara de geração de vapor (50) e está situado entre a base (2) e a tampa (13). O compartimento (14) compreende adicionalmente um elemento aquecedor (3) para aquecer a base (2). A temperatura da base (2) e o fluxo de água sobre a base (2) são controlados para que substancialmente toda a água dispensada para a base (2) é evaporada antes de atingir a extremidade inferior (15) da base (2), de modo que a água não é coletada no recipiente de coleta de incrustação (5). A temperatura e/ou o fluxo de água são controlados de modo que substancialmente toda a água é evaporada antes de entrar na região de coleta de incrustação (5). Caso um pouco de água entre na região de coleta de incrustação (5), a água é evaporada pelo calor a partir da base (2) antes de atingir a extremidade inferior (15) da base (2) a fim de evitar que a água acumule na extremidade inferior (15) da base (2).
[064] Será reconhecido que todas as modalidades acima podem incluir uma abertura (9), como aquela mostrada nas Figuras 1 e 2, em uma superfície do recipiente de coleta de incrustação (5) para possibilitar que a incrustação seja removida do recipiente de coleta de incrustação. Entretanto, é concebido dentro do escopo da invenção que uma abertura (9) pode ser omitida, e, nessas modalidades, o recipiente de coleta de incrustação (5) é destinado a armazenar toda a incrustação que é removida por descamação dentro da vida útil do produto. Isso fornece a vantagem de que o dispositivo de geração de vapor (1) é capaz de operar sem manutenção durante sua vida útil.
[065] Além disso, as modalidades são concebidas dentro do escopo da invenção nas quais o recipiente de coleta de incrustação (5) não é formado integralmente com a base (2). Isso pode possibilitar que o recipiente de coleta de incrustação (5) seja removido do dispositivo (1) para facilitar o esvaziamento de incrustação do recipiente de coleta de incrustação (5). O tamanho e o volume do recipiente de coleta de incrustação (5) nesse exemplo são configurados para definir a frequência com que o dispositivo de coleta de incrustação deve ser removido do dispositivo (1) para manter o desempenho. Em um exemplo, quando o recipiente de coleta de incrustação (5) está cheio de incrustação, o recipiente de coleta de incrustação (5) pode ser removido e substituído por um novo recipiente de coleta de incrustação vazio (5). Em um outro exemplo, o recipiente de coleta de incrustação (5) pode ser reutilizável, de modo que quando o recipiente de coleta de incrustação (5) estiver cheio, o recipiente de coleta de incrustação (5) é removido e esvaziado antes de ser recolocado no dispositivo de geração de vapor (1).
[066] Em todas as modalidades do funcionamento do dispositivo (1), a incrustação que se forma sobre a base (2) é removida de forma constante pelo processo de descamação e pela ação da gravidade. À medida que a incrustação é descamada da superfície da base (2) pelo processo de descamação, as escamas soltas de incrustação se deslocam para baixo na base inclinada (2) sob a influência da gravidade, sendo que o fluxo de água ao longo da base (2) também ajuda a carregar as escamas soltas ao longo da base (2), de modo que as escamas são coletadas no recipiente de coleta da incrustação (5).
[067] Embora nas modalidades acima a água seja aplicada à superfície da base (2) sob a forma de gotículas, será reconhecido que a água pode ser fornecida ao dispositivo de geração de vapor (1) de qualquer forma que possibilite que um filme de água seja formado sobre a superfície da base (2). Por exemplo, a entrada de água (4) pode ser configurada para gotejar água sobre a base (2) em uma taxa regular. Alternativamente, a entrada de água (4) pode ser configurada para alimentar um fluxo constante de água sobre a base (2). Alternativamente, a entrada de água (4) pode ser configurada para borrifar a água sobre a base (2) de modo que a água seja simultaneamente fornecida à base (2) em múltiplas posições. Alternativamente, pode haver uma entrada que é móvel de modo que ela possa ser reposicionada para introduzir água em diferentes posições na base (2). Dessa forma, substancialmente toda água que é fornecida para dentro do dispositivo de geração de vapor (1) é evaporada sobre a base (2) e não flui para dentro da região de coleta de incrustação adjacente. Portanto, substancialmente nenhuma água entra na região de coleta de incrustação e, assim, a água não reage com a incrustação acumulada para criar espuma e vapor d'água impuro.
[068] A água pode também ser fornecida a múltiplas posições na base (2) de maneira sequencial. Dessa forma, a água atuará para resfriar diferentes áreas da base (2) e a incrustação na base (2) em diferentes velocidades e por diferentes quantidades. Ou seja, as áreas da base (2) que são diretamente dotadas de água serão resfriadas mais rapidamente que outras áreas da base (2), o que fará com que a incrustação da base (2) resfrie em velocidades diferentes. Esse resfriamento e aquecimento diferenciais resultarão em estresses e tensões dentro da incrustação que farão com que a incrustação se rompa, se separe da base (2) e caia no recipiente de coleta de incrustação (5).
[069] Será reconhecido que o vapor gerado dentro do dispositivo de geração de vapor (1) pode resultar em uma pressão positiva significativa sendo exercida sobre o compartimento (14). O diferencial de pressão que existe entre o lado interno e externo do dispositivo (1), e, portanto, a carga de pressão exercida sobre o compartimento (14), dependerão da aplicação do dispositivo (1). Portanto, o compartimento (14) e a tampa (13) devem ser produzidos a partir de materiais adequados e projetados de acordo com os mesmos. O compartimento também é necessário para conduzir o calor do elemento aquecedor (3) para a superfície da base (2). Por exemplo, o compartimento (14) pode ser produzido a partir de um metal, como alumínio. A tampa pode ser produzida a partir de um metal ou material polimérico. Em qualquer caso, os materiais devem ser adequados para lidar de modo seguro com a temperatura e a pressão associadas à aplicação do dispositivo de geração de vapor (1).
[070] Será também reconhecido que o dispositivo de geração de vapor (1) pode ser configurado para manter o vapor d'água a uma pressão que é maior que a pressão atmosférica de modo que o vapor d'água possa ser liberado a qualquer hora. Nesse caso, a entrada de água (4) pode ser configurada para abrir e possibilitar a entrada de água no dispositivo de geração de vapor (1) quando a pressão dentro da câmara cair abaixo de um certo nível. Além disso, deve ser considerado que o ponto de ebulição da água aumenta à medida que a pressão aumenta, de modo que o elemento aquecedor (3) e outros componentes precisam ser selecionados e/ou projetados de acordo com a pressão e a temperatura necessárias. Será reconhecido que a pressão máxima do vapor d'água pode ser regulada pelo controle da temperatura da base (2) e pela taxa de alimentação da água através da entrada de água (4).
[071] O tamanho e a área da superfície da base (2) são selecionados fornecer uma taxa de geração de vapor adequada. A taxa de geração de vapor necessária dependerá da aplicação do dispositivo (1), das limitações de pressão do compartimento e da tampa (13), da vazão máxima de água e do tamanho do dispositivo (1). A superfície da base (2) tem um tamanho e uma temperatura suficientes para evaporar substancialmente toda a água que é fornecida sobre a superfície da base (2), de modo que pouca ou nenhuma água entre no recipiente de coleta de incrustação (5). Por exemplo, a superfície da base (2) e o fluxo de água dispensados sobre a base (2) variam proporcionalmente.
[072] De acordo com a invenção, a superfície da base (2) pode, opcionalmente, ser fornecida com algum revestimento ou acabamento de superfície que também ajuda a evitar que as incrustações fiquem ligadas sobre a mesma de modo que a incrustação seja mais facilmente desfeita e separada quando submetida a choque térmico. Por exemplo, um revestimento antiaderente, como politetrafluoretileno (PTFE) ou um revestimento de cerâmica, ou alternativamente, um acabamento de superfície altamente polido podem ser fornecidos para dificultar que a incrustação forme partículas grandes e escamas na superfície da base (2). Além disso, em uma modalidade, a saída de vapor (24) pode ser dotada de uma superfície hidrofóbica ou uma parte de interface para evitar a adesão das partículas de incrustação próximo à saída do vapor d'água (24).
[073] Será reconhecido também que o dispositivo de geração de vapor d'água (1) pode compreender adicionalmente recursos para melhorar o vapor d'água. Os recursos para melhorar o vapor d'água podem incluir um promotor de vapor d'água (não mostrado) configurado para aumentar a taxa de vapor d'água do dispositivo (1) ou uma estrutura de grade (não mostrada). A estrutura de grade pode compreender uma matriz de colunas ou pilares (não mostrada) que são configurados para aumentar a área superficial da base (2), o que aumenta a área superficial sobre a qual o calor pode ser transferido a partir da superfície da base (2) para a água para aumentar a taxa de vapor d'água.
[074] De preferência, de acordo com a invenção, o dispositivo de geração de vapor (1) compreende adicionalmente um tanque de água (não mostrado) para fornecer água à entrada de água.
[075] A invenção se refere também a um método de coleta de incrustação em um dispositivo para geração de vapor d'água, conforme anteriormente descrito. O método compreende as etapas de:- aquecer (S1) uma base (2) inclinada em um ângulo (A0) em comparação com a direção horizontal (H), sendo a base (2) aquecida até uma temperatura predeterminada que está ao menos acima da temperatura de evaporação da água, sendo que a base (2) define uma extremidade superior (16) e uma extremidade inferior (15),- dispensar (S2) água sobre a dita base (2) adjacente à dita extremidade superior (16), - coletar (S3) em um recipiente (5) qualquer incrustação que cai da base (2), sendo o recipiente (5) disposto adjacente à dita base (2) e compreendendo uma porção de superfície inferior (6) que se estende ao menos abaixo da dita extremidade inferior (15).
[076] De preferência, o método compreende adicionalmente as etapas de:- controlar (S4) a temperatura da dita base (2),- controlar (S5) o fluxo de água dispensado sobre a dita base (2), de modo que a água dispensada à base (2) é evaporada antes de atingir a extremidade inferior (15) da base (2).
[077] As modalidades acima conforme descritas são meramente ilustrativas e não se destinam a limitar as abordagens técnicas da presente invenção. Embora a presente invenção seja descrita em detalhes com referência às modalidades preferenciais, os versados na técnica compreenderão que as abordagens técnicas da presente invenção poderão ser modificadas ou igualmente substituídas sem se afastar do escopo da presente invenção, o que abrange o escopo protetor das reivindicações da presente invenção. Nas reivindicações, a expressão “que compreende” não exclui outros elementos ou outras etapas, e o artigo indefinido “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade. Nenhum sinal de referência nas reivindicações deve ser interpretado como limitador do escopo da invenção.
Claims (15)
1. DISPOSITIVO (1) PARA GERAR VAPOR D'ÁGUA, caracterizado por compreender:- uma base (2) que forma uma superfície,- um elemento aquecedor (3) para aquecer a base (2) até uma temperatura predeterminada que está ao menos acima da temperatura de evaporação da água,- a base (2) sendo inclinada a um ângulo (A0) em comparação com a direção horizontal (H) para definir uma extremidade superior (16) e uma extremidade inferior (15), ,- uma disposição de entrada de água (4) para dispensar água sobre a base (2) adjacente à dita extremidade superior (16),- uma unidade de controle (11) para controlar o fluxo de água dispensado sobre a base (2) e a temperatura da base (2),- um recipiente de coleta de incrustação (5) disposto adjacente à dita extremidade inferior da base (2),- a unidade de controle (11) sendo configurada para controlar o fluxo de água dispensado sobre a base (2) e a temperatura da base (2) de modo que substancialmente toda a água dispensada sobre a base (2) evapore antes de atingir a extremidade inferior (15) da base (2), em que a base (2) é parcialmente delimitada por uma parede (19), uma delimitação formada pela parede (19) que é aberta na extremidade inferior (15) de modo que a base (2) se comunica com o recipiente de coleta de incrustação (5).
2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela base (2) ter ao menos uma canaleta (7) que se estende entre a extremidade superior (16) e a extremidade inferior (15).
3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela ao menos uma canaleta (7) compreender uma pluralidade de canaletas (7) que se estendem em paralelo.
4. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela dita porção de superfície de fundo (6) se estender para baixo em um plano paralelo ao plano da base (2).
5. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela disposição da entrada de água (4) compreender múltiplas entradas de água (4) para dispensar água sobre múltiplas regiões da base (2) adjacentes à dita extremidade superior (16).
6. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2, 3 ou 5, caracterizado pelo número de entradas de água (4) ser igual ao número de canaletas da dita pluralidade de canaletas (7), e sendo que cada uma das entradas de água (4) fica voltada para uma canaleta (7) da dita pluralidade de canaletas (7), respectivamente.
7. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela dita porção de superfície de fundo (6) compreender uma porção de superfície horizontal que é mais baixa que a dita extremidade inferior (15).
8. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma pluralidade de bases (2) que circundam o dito recipiente (5).
9. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo recipiente (5) ser formado integralmente com a base (2).
10. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela base (2) ser inclinada a ao menos 45 graus da horizontal.
11. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo recipiente (5) compreender uma pluralidade de paredes, uma abertura (9) que é formada em ao menos uma das paredes para acessar uma parte interna do recipiente, sendo a abertura (9) fechada por uma tampa (12).
12. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender um recurso de promoção de vapor d’água que inclui uma estrutura de grade, em que a estrutura de grade compreender uma matriz de colunas ou pilares que são configurados para aumentar a área superficial da base (2).
13. APARELHO GERADOR DE VAPOR D'ÁGUA, caracterizado por compreender um dispositivo (1) para gerar vapor, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.
14. APARELHO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender uma bomba de água (10) para fornecer água à dita disposição de entrada de água (4), e uma unidade de controle (11) para controlar a taxa de fluxo de água fornecida à disposição de entrada de água (4) dependendo da dita temperatura predeterminada.
15. MÉTODO DE COLETA DE INCRUSTAÇÃO EM UM DISPOSITIVO PARA GERAR VAPOR D'ÁGUA, caracterizado por compreender as etapas de:- aquecer uma base (2) inclinada a um ângulo (A0) em comparação com a direção horizontal (H), sendo a base (2) aquecida a uma temperatura predeterminada que está ao menos acima da temperatura de evaporação de água, sendo que a base (2) define uma extremidade superior (16) e uma extremidade inferior (15), sendo a base (2) parcialmente delimitada por uma parede (19), uma delimitação formada pela parede (19) que é aberta na extremidade inferior (15) de modo que a base (2) se comunica com um recipiente (5) disposto adjacente à dita base (2),- dispensar água sobre a dita base (2) adjacente à dita extremidade superior (16),- controlar o fluxo de água dispensado sobre a base e a temperatura da base de modo que substancialmente toda a água dispensada na base (2) evapore antes de atingir a extremidade inferior (15) da base (2);- coletar no recipiente (5) qualquer incrustação que cai da base (2).
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