ES2304344T3 - Preparacion de materiales refrigerantes. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para preparar una cámara de sorción para un refrigerador portátil, de un único uso, de tipo de evaporación sin liberación que produce un vapor de refrigerante durante el calentamiento evaporativo, comprendiendo el procedimiento: A) proporcionar una cámara sellable para el sorbente, y un material sorbente (32) para absorber y adsorber el vapor de refrigerante; B) calentar dicho material sorbente hasta una temperatura suficiente para volatilizar el material absorbido y adsorbido contenido en y sobre el mismo; C) eliminar dicho material volatilizado de dicho material sorbente calentado evacuando dicho material sorbente; D) añadir un gas de relleno al sorbente, en el que el gas presenta una razón de calores específicos de por lo menos aproximadamente 1,5; E) cargar la cámara de sorbente (34) con sorbente (32) cargado con gas de relleno; F) eliminar dicho gas de relleno del sorbente evacuando dicha cámara de sorbente; y G) sellar la cámara de sorbente (34) para impedir la introducción de gases del aire en dicho sorbente.

Description

Preparación de materiales refrigerantes.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a dispositivos autorefrigerantes que utilizan procesos de evaporación/condensación. Específicamente, la invención se refiere a procedimientos para la preparación de materiales sorbentes útiles en dichos dispositivos, y a los materiales sorbentes que resultan de estos procedimientos de preparación.

En la técnica son conocidos los dispositivos de autorefrigeración. Estos dispositivos están concebidos para proporcionar enfriamiento sin recurrir a fuentes externas de enfriamiento tales como electricidad, hielo y similares. Estos dispositivos también pueden concebirse para resultar altamente portátiles. De manera conveniente, están concebidos para suministrar enfriamiento sobre la base de un único uso, y por lo tanto son desechables.

Muchos productos, incluyendo productos líquidos, presentan propiedades más favorables cuando están fríos que cuando están a temperatura ambiente. Por tanto, el enfriamiento de estos productos hasta temperaturas de entre aproximadamente 0ºC y 20ºC es deseable. En general, tal enfriamiento se lleva a cabo mediante unidades de refrigeración alimentadas eléctricamente, o por medio de un material de cambio de fase tal como el hielo. La utilización de estas unidades para enfriar tales alimentos y bebidas no siempre resulta práctica porque los refrigeradores requieren generalmente una fuente de electricidad, normalmente no son portátiles, y no enfrían los alimentos o bebidas rápidamente.

Un procedimiento alternativo para proporcionar un material enfriado bajo demanda es utilizar recipientes aislados portátiles. Sin embargo, estos recipientes funcionan simplemente para mantener la temperatura previa de los alimentos o bebidas colocados en su interior, o requieren la utilización de cubitos de hielo para proporcionar el efecto de enfriamiento deseado. Cuando se utilizan conjuntamente con hielo, los recipientes aislados son mucho más voluminosos y pesados que los alimentos o la bebida. Además, en muchas ubicaciones, el hielo puede no estar fácilmente disponible cuando se requiere la acción de enfriamiento.

También se han utilizado cubitos de hielo de manera independiente para enfriar alimentos o bebidas rápidamente. Sin embargo, la utilización de hielo de manera independiente para el enfriamiento es a menudo indeseable porque el hielo sólo puede almacenarse durante periodos limitados por encima de 0ºC. Además, el hielo puede no estar disponible cuando se desea la acción de enfriamiento.

Además de enfriamiento de alimentos y bebida, existen varias otras aplicaciones para las que resulta sumamente deseable un dispositivo de enfriamiento portátil. Éstas incluyen aplicaciones médicas, incluyendo enfriamiento de tejidos u órganos; preparación de compresas frías y destrucción criogénica de tejidos como parte de procedimientos quirúrgicos; aplicaciones industriales, incluyendo la producción de agua fría u otros líquidos bajo demanda; conservación de muestras biológicas; enfriamiento de ropa protectora y aplicaciones cosméticas. Un aparato de enfriamiento portátil podría presentar utilidad extendida en todas estas áreas.

La mayoría de los intentos de construir un dispositivo de enfriamiento miniaturizado autónomo han dependido de la utilización de un líquido refrigerante almacenado a una presión por encima de la presión atmosférica, de tal modo que el vapor de refrigerante podría liberarse directamente a la atmósfera. Desafortunadamente, muchos líquidos refrigerantes disponibles para un sistema de este tipo son inflamables, tóxicos, perjudiciales para el medio ambiente o existen en forma líquida a presiones tan elevadas que representan un riesgo de explosión en cantidades adecuadas para el propósito previsto. Por el contrario, otros líquidos refrigerantes disponibles aceptables para descargar en la atmósfera (tales como dióxido de carbono) presentan capacidades caloríficas y calores latentes de vaporización relativamente bajos. Como resultado, algunos dispositivos de enfriamiento que liberan dióxido de carbono son más voluminosos de lo comercialmente aceptable para un dispositivo portátil.

Un procedimiento alternativo para proporcionar un efecto de enfriamiento en un dispositivo portátil es absorber o adsorber el vapor de refrigerante en una cámara separada de la cámara en la que tiene lugar la evaporación. En un sistema de este tipo, el líquido refrigerante hierve a presión reducida en una cámara sellada y absorbe calor de su entorno. El vapor generado a partir del líquido que hierve se elimina continuamente de la primera cámara y se descarga en una segunda cámara que contiene un desecante o sorbente que absorbe el vapor.

El documento DE 579 991 C da a conocer un procedimiento para la preparación de materiales sorbentes para los dispositivos mencionados anteriormente.

Sumario de la invención

La invención proporciona procedimientos para la preparación de materiales sorbentes utilizados en dispositivos autorefrigerantes de tipo evaporación/condensación, y materiales sorbentes que se producen con estos procedimientos. La invención surge del requisito de absorción de vapor de alta eficacia, y transferencia de calor de alta eficacia a un material sumidero de calor.

La invención proporciona un procedimiento para preparar una cámara de sorción para un refrigerador portátil, de un único uso, de tipo de evaporación sin liberación que produce un vapor de refrigerante, tal como vapor de agua, durante el calentamiento evaporativo tal como se expone en la reivindicación 1 independiente. El procedimiento incluye proporcionar una cámara sellable y un material sorbente (tal como un tamiz molecular de zeolita) para absorber y adsorber vapor de refrigerante. El procedimiento también implica calentar el material sorbente hasta una alta temperatura lo suficientemente alta (por ejemplo, por lo menos aproximadamente 250ºC o incluso 350ºC) para volatilizar cierto material absorbido y adsorbido sobre y en el sorbente, tal como agua. El material volatilizado se elimina del material sorbente calentado evacuando dicho material sorbente, por ejemplo hasta una presión no superior a aproximadamente 15 militorr, y, en algunas formas de realización, se añade un gas de relleno al sorbente. El gas presenta una razón de calores específicos de por lo menos aproximadamente 1,5, o hasta 1,6. Puede incluir gases tales como helio, neón, argón, criptón y xenón. La cámara de sorbente puede cargarse con el sorbente cargado con el gas de relleno, presión no superior a aproximadamente 1,995 Pa (15 militorr), y, en algunas realizaciones, se añade un relleno al sorbente. El gas presenta una razón de calores específicos de por lo menos aproximadamente 1,5, o hasta 1,6. Puede incluir gases tales como helio, neón, argón, criptón y xenón. La cámara de sorbente puede cargarse con el sorbente cargado con el gas de relleno, hasta presiones de por ejemplo 46,55 kPa (350 Torr) a aproximadamente 266 kPa (2000 Torr). Este gas puede añadirse mientras el sorbente está todavía caliente, tal como por lo menos 100ºC, o desde aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 200ºC. El gas de relleno se elimina del sorbente evacuando la cámara de sorbente, por ejemplo mediante la reevacuación de dicha cámara de sorbente hasta una presión de menos de aproximadamente 2 Pa (15 militorr). Entonces se sella la cámara de sorbente para impedir la introducción de gases del aire en

Como alternativa, puede proporcionarse la cámara sellable para el sorbente como una cámara evacuada, evacuada hasta una presión no superior a aproximadamente 1,995 Pa (15 militorr). No es necesario rellenar el sorbente con un gas, sino que puede cargarse directamente en el sorbedor a vacío, sin calentamiento.

Otras formas de realización de la invención se exponen en las reivindicaciones adjuntas.

La invención proporciona un dispositivo de refrigeración desechable y autónomo. El dispositivo no da salida a un gas o vapor de ningún tipo. No hay materiales o componentes peligrosos o tóxicos incluidos en el dispositivo, y se facilita el reciclado de los materiales del dispositivo. No hay gases presurizados presentes en el dispositivo y no hay materiales inaceptables medioambientalmente tales como refrigerantes inestables. El dispositivo no explota, incluso cuando es consumido por el fuego, y no es inflamable.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "sorción" se refiere tanto a adsorción como a absorción. El término "adsorción" se refiere a un tipo de adhesión molecular que tiene lugar en la superficie de un sólido o un líquido en contacto con otro medio, y que da como resultado una acumulación o concentración aumentada de moléculas de ese medio en la vecindad inmediata de la superficie. Tal adsorción incluye adsorción polar de especies iónicas (que en general no se eliminan de las superficies mediante calentamiento y evacuación), adsorción específica, adsorción química, adsorción de van der Waals y oclusión (incorporación de gas en estructura cristalina de sólido, que en general no se elimina mediante calentamiento y evacuación). El término "absorción" se refiere a la penetración de una sustancia en la estructura interna de otra, e incluye absorción no reactiva. La absorción reactiva, que hace referencia a los procesos de absorción acompañados por reacción química, no está incluida en la definición tal como se utiliza en la presente solicitud, a menos que se incluya específicamente. Estas definiciones particulares se encuentran, y se proporcionan con mayor detalle en publicaciones tales como Van Nostrand's Scientific Encyclopedia 5ª ed., Van Nostrand Reinhold Company, Nueva York (1976) y The Encyclopedia of Chemistry, 3ª ed., Van Nostrand Reinhold Company, Nueva York (1973).

A menos que se definan de otro modo, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente memoria tienen el mismo significado que el que entiende comúnmente un experto en la materia a la que pertenece la invención. Aunque pueden utilizarse procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la presente memoria en la puesta en práctica de la presente invención, a continuación se describen procedimientos y materiales adecuados. Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes y otras referencias mencionadas en la presente memoria se incorporan como referencia en su totalidad. En caso de conflicto, la presente memoria descriptiva, incluyendo las definiciones, dominará. Además, los materiales, procedimientos y ejemplos se proporcionan únicamente a título ilustrativo y no limitativo.

Otras características y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada siguiente, y a partir de las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama esquemático de un dispositivo de refrigeración útil en determinadas formas de realización de la invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático de los procesos de evaporación y enfriamiento que se producen en la cámara de evaporación durante el funcionamiento de una forma de realización particular del dispositivo de refrigeración.

La figura 3 es una vista en perspectiva de una disposición circular de dedos de evaporador que puede utilizarse en las formas de realización particulares de la invención.

La figura 4 es una vista en perspectiva de una disposición circular concéntrica de dedos de evaporador que puede utilizarse en las formas de realización particulares de la invención.

La figura 5 es una vista en perspectiva de una disposición cruciforme de dedos de evaporador que puede utilizarse en las formas de realización particulares de la invención.

La figura 6 es una vista superior de una forma de realización particular de un dispositivo de refrigeración según la invención dispuesto en un recipiente de productos cilíndrico.

Descripción detallada de la invención

El dispositivo autorefrigerante utilizado en la presente invención incluye tres secciones básicas: una cámara de evaporador que contiene un refrigerante, una cámara de sorbente evacuada que contiene un sorbente y un material sumidero de calor, y unos medios para impedir el flujo de vapor de refrigerante entre la cámara de evaporador y la cámara de sorbente. Estos medios que impiden el flujo también están adaptados para permitir el flujo de vapor de refrigerante entre las cámaras de evaporador y de sorbente, tal como cuando el dispositivo está en funcionamiento. Las relaciones funcionales entre estas secciones en un dispositivo de refrigeración particular se han descrito en líneas generales en las patentes US nº 5.197.302 y nº 5.048.301. Los dispositivos inventivos se utilizan en general conjuntamente con un producto que va a enfriarse. Estos productos y utilizaciones asociadas se detallarán tras la exposición del propio dispositivo, que sigue directamente a continuación.

Haciendo referencia a la figura 1 está representada una forma de realización particular de un dispositivo 1 de refrigeración según los principios generales de la invención. Esta vista muestra el producto 5 que va a enfriarse, en contacto con el evaporador 10, dentro del que tiene lugar la evaporación de un refrigerante. El evaporador 10 comprende una cámara dentro de la que tiene lugar la evaporación de un refrigerante. Esto en general implica la desorción de refrigerante desde una superficie durante el funcionamiento del dispositivo. Antes de que se active el dispositivo, el refrigerante está presente en el evaporador, tanto en estados líquido como de vapor. En dispositivos tales como la presente invención, esta desorción está impulsada por un diferencial de presión que se manifiesta cuando se hacen funcionar medios 44 que impiden el flujo. Por tanto, la activación del dispositivo equivale a permitir el flujo de vapor de refrigerante. Como la desorción tiene lugar desde la superficie interna 12 de la cámara de evaporador 10, la superficie externa 14 se vuelve fría. Esto a su vez puede enfriar el producto 5 en contacto térmico con la superficie externa del evaporador 14. Esto a su vez puede enfriar el producto 5 en contacto térmico con la superficie externa del evaporador 14. Esto se representa en la figura 2, que muestra la desorción de refrigerante (H_{2}O) avanzando en la dirección 18 que lleva hacia presión inferior. Se expone esta presión inferior al refrigerante tras hacer funcionar el dispositivo de refrigeración, tal como se explica en la presente memoria.

Pueden utilizarse una amplia variedad de dispositivos en el dispositivo. Los requisitos generales son que los refrigerantes sean vaporizables y condensables a presiones que pueden alcanzarse de manera relativamente fácil en cámaras. El refrigerante también debe ser compatible con el sorbente, es decir, debe poder absorberse o adsorberse por el sorbente. Las elecciones adecuadas para los refrigerantes también deben ser los que pueden producir un cambio de temperatura útil en poco tiempo, cumplen las normas de seguridad gubernamentales y son relativamente compactos. Los refrigerantes utilizados en los dispositivos de la presente invención presentan preferentemente una alta presión de vapor a temperatura ambiente, de tal modo que una reducción de presión dará como resultado una alta tasa de producción de vapor. La presión de vapor del refrigerante a 20ºC es preferentemente de por lo menos aproximadamente 1197 Pa (9 mmHg). Además, para algunas aplicaciones (tales como enfriamiento de productos alimenticios), el refrigerante deberá cumplir con normas gubernamentales aplicables en caso de que se produzca alguna descarga en los alrededores, accidental o de otro modo. Refrigerantes con características adecuadas para diversas utilizaciones de la invención incluyen: diversos alcoholes, tales como alcohol metílico y alcohol etílico; cetonas o aldehídos, tales como acetona y acetaldehído: amoníaco; agua; hidrocarburos de cadena corta y halohidrocarburos de cadena corta; y freones, tales como freón C318, 114, 21,11, 114B2, 113 y 112. Un refrigerante preferido es agua.

Además, el refrigerante puede estar mezclado con una cantidad eficaz de un agente de nucleación miscible que presenta una presión de vapor superior a la del refrigerante para potenciar la ebullición de tal modo que el refrigerante se evapora incluso más rápida y suavemente, y de tal modo que no se produce sobreenfriamiento del refrigerante. Los agentes de nucleación adecuados incluyen alcohol etílico, acetona, alcohol metílico, alcohol propílico y alcohol isobutílico, todos los cuales son miscibles con agua. Por ejemplo, una combinación de un agente de nucleación con un refrigerante compatible puede ser una combinación de alcohol etílico al 5% en agua. El agente de nucleación presenta preferentemente una presión de vapor a 25ºC de por lo menos aproximadamente 3325 Pa (25 mmHg). Como alternativa, pueden utilizarse agentes de nucleación sólidos, tales como las piedras hirvientes convencionales utilizadas en aplicaciones de laboratorio químico.

Los procesos de desorción que tienen lugar en la cámara de evaporador se llevan a cabo de la manera más eficaz si la capa de refrigerante es tan delgada como sea posible, hasta el límite de una monocapa de refrigerante extendido sobre tanta superficie de cámara de desorción interna como sea posible. Estas películas delgadas maximizan el área para la evaporación superficial. Las múltiples capas de refrigerante provocan la transferencia de calor a través de moléculas de refrigerante en capas hasta una molécula de refrigerante que está dispuesta en la superficie más interna del evaporador. Este tipo de sobrecarga de refrigerante da como resultado una diferencia de temperatura por la capa de refrigerante que es mayor que la que existiría si la capa fuese más delgada. Por tanto, la sobrecarga disminuye la conducción de calor, reduciendo la eficacia de evaporación. En las formas de realización preferidas con capas delgadas de refrigerante, el espesor de capa se reduce cuando funciona el dispositivo de refrigeración, disminuyendo la diferencia de temperatura a través de la capa, mejorando los procesos de conducción de calor cuando funciona el refrigerador. Si se utiliza un dispersante de refrigerante, de manera deseable éste también se distribuye en capas tan finamente como sea posible por tanta superficie de cámara de evaporador interior como sea posible.

La figura 2 muestra la desorción de refrigerante (H_{2}O) que avanza en la dirección 18 que lleva hacia una presión inferior. Se expone esta presión inferior al refrigerante tras hacer funcionar el dispositivo de refrigeración, tal como se explica en la presente memoria. La forma de realización particular ilustrada en la figura 2 utiliza agua como el refrigerante, pero los principios expuestos serán aplicables a refrigerantes vaporizables en general.

Los dispositivos de refrigeración según la invención contienen una cantidad fija de refrigerante no circulante. Si se conocen la cantidad de producto que va a enfriarse y la cantidad de enfriamiento deseada, se calcula fácilmente la cantidad de calor que ha de eliminarse. La cantidad de calor que ha de eliminarse especifica con precisión la cantidad de refrigerante que debe evaporarse de la cámara de evaporador. Por ejemplo, si deben enfriarse 22ºC 8 onzas fluidas (236 ml) de un líquido acuoso, se necesitan aproximadamente 8,9 gramos de refrigerante de agua como mínimo teórico. Si el calor se escapa de nuevo al sistema, se requerirá más refrigerante.

Tal como se mencionó anteriormente, el refrigerante forma de manera deseable una capa sobre la superficie interna 12 del evaporador 10. Esta capa de refrigerante se distribuye preferentemente de manera sustancialmente uniforme sobre tanta superficie 12 como sea posible. En determinadas formas de realización de la invención, tales como la mostrada en la figura 2, esto se logrará con la ayuda de dispersante 16 de refrigerante, que preferentemente se deposita en una capa sobre la superficie de cámara de evaporador interna 12, y cubre tanta de esta superficie como sea posible. La capa de dispersante se adapta para permitir que el refrigerante se absorba en y/o adsorba sobre la misma. Existe una variedad de materiales disponibles como dispersantes de refrigerante. En una disposición de este tipo, el calor fluye desde el producto a través de la pared de la cámara de evaporador, a través de una capa de dispersante de refrigerante, y entonces vaporiza las moléculas de refrigerante de la superficie desde el dispersante.

Al seleccionar el dispersante de refrigerante, puede seleccionarse cualquiera de entre varios materiales, dependiendo de los requisitos del sistema y el líquido refrigerante particular que esté utilizándose. El dispersante de refrigerante puede ser algo tan sencillo como tela o tejido que presenta una afinidad con el refrigerante y una capacidad de exudación sustancial. Por tanto, por ejemplo, cuando el refrigerante es agua, el dispersante de refrigerante puede ser tela, material textil, fieltro o material afelpado que puede estar compuesto por algodón, material de fibra, celulosa natural, celulosa regenerada, derivados de celulosa, papel secante o cualquier otro material adecuado.

El dispersante de refrigerante más preferido será altamente hidrófilo tal como los polímeros de formación de gel que podrán recubrir la superficie interior de la cámara de evaporación. Tales materiales consisten preferentemente en polímeros derivados de alquilo, arilo y amino de acetato-cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, tetrafluoroetileno, metacrilato de metilo, ácido hexanodioico, dihidro-2,5-furanodiona, ácido propenoico, 1,3- isobenzofuranodiona, 1 H-pirrol-2,5-diona o hexahidro- 2 H-azepin-2-ona.

El dispersante de refrigerante puede pulverizarse, afelparse o recubrirse o aplicarse de otro modo sobre la superficie interior de la cámara de evaporador. En una forma de realización particular, el dispersante de refrigerante se deposita electrostáticamente sobre esa superficie. En otra forma de realización, el dispersante de refrigerante se mezcla con un disolvente adecuado, tal como un disolvente no acuoso, y entonces se aplica la disolución a la superficie interior de la primera cámara.

En otra forma de realización preferida, el dispersante de refrigerante puede controlar cualquier ebullición violenta en el evaporador y por tanto reduce cualquier arrastre de líquido en la fase de vapor. En una forma de realización de este tipo, el dispersante de refrigerante es un polímero que forma una estructura a modo de esponja o de relleno de espacios porosa, y puede rellenar toda o parte de la cámara de evaporador.

En la forma de realización particular mostrada en la figura 1, el evaporador 10 presenta aletas 20 y un paso 22 central, aunque son posibles una amplia variedad de formas y configuraciones del evaporador. Si se utilizan aletas, pueden ser de una gran variedad de configuraciones, y el paso central puede omitirse o acortarse sustancialmente. En otras formas de realización, el evaporador 10 toma la forma de varios elementos a modo de dedo huecos (dedos 24) que no se ramifican a partir de un paso central como lo hacen las aletas 20, sino que entran en la base 26 de dedos mostrada en las figuras 4 a 6. La base 26 puede contener pasos cortos (no mostrados) para conectar el interior de los dedos 24 huecos entre sí para formar un paso central corto. Alternativamente, la base 26 puede ser sustancialmente hueca con una salida central que lleva a los medios para impedir/permitir el flujo de vapor a la cámara de sorbente. Los dedos 24 pueden disponerse en un círculo (en esta disposición de la figura 3 se muestran ocho dedos, pero podría disponerse de ese modo cualquier número), varios círculos concéntricos (representados en la figura 4), en una disposición cruciforme (representada en la figura 5) o una disposición más aleatoria. El objetivo general es proporcionar transferencia de calor eficaz desde el medio a granel hacia el evaporador interno 12 maximizando el área de esta superficie. De manera deseable, el evaporador también es razonablemente sencillo de fabricar y ensamblar. Adicionalmente, las trayectorias de flujo de vapor de refrigerante dentro de la cámara de evaporador son deseablemente adecuadas para impedir caídas de presión excesivas en los flujos de vapor de baja densidad.

Normalmente los procesos de ebullición, que se inician mediante corrientes de burbujas diminutas que suben desde puntos diferenciados y fácilmente visibles sobre superficies, requieren sitios de nucleación constituidos por cavidades reentrantes que contienen gases no condensables tales como aire. La cámara de evaporador en los refrigeradores según la presente invención se somete a evacuación parcial, eliminando de manera eficaz sitios de nucleación de las superficies interiores de la cámara de evaporador, y también desgasifica el refrigerante. Por tanto, las moléculas de refrigerante sometidas a los procedimientos de preparación de la cámara de evacuador, que también pueden utilizarse en dispositivos refrigeradores de la presente invención, cuando se exponen a la presión reducida presente en una cámara de sorbente preparada apropiadamente (tal como se expone a continuación) se evaporan de la superficie de un grupo inactivo de refrigerante. La transferencia de calor en tal grupo está sometida a las mismas limitaciones de conducción y convención que en fluidos a granel.

Los procesos de desorción que tienen lugar en la cámara de evaporador se llevan a cabo de la manera más eficaz si la capa de refrigerante es tan delgada como sea posible, hasta el límite de una monocapa de refrigerante extendida sobre tanta superficie de cámara de desorción interna como sea posible. Estas películas delgadas maximizan el área para la evaporación superficial. Las múltiples capas de refrigerante provocan transferencia de calor a través de moléculas de refrigerante en capas a una molécula de refrigerante que está dispuesta en la superficie más interna del evaporador. Este tipo de sobrecarga de refrigerante da como resultado una diferencia de temperatura a través de la capa de refrigerante que es mayor que la que existiría si la capa fuese más delgada. Por tanto, la sobrecarga disminuye la conducción de calor, reduciendo la eficacia de evaporación. En las formas de realización preferidas con capas delgadas de refrigerante, el espesor de capa se reduce cuando funciona el dispositivo de refrigeración, disminuyendo la diferencia de temperatura a través de la capa, mejorando los procesos de conducción de calor cuando funciona el refrigerador. Si se utiliza un dispersante de refrigerante, de manera deseable éste también se distribuye en capas tan finamente como sea posible por tanta superficie de cámara de evaporador interior como sea posible.

La presión de vapor de refrigerante dentro de la cámara de evaporador al comienzo y al final del procedimiento de enfriamiento puede determinarse a partir de la función de presión de vapor-temperatura de equilibrio para el agua, basándose en las temperaturas de bebidas esperadas y las diferencias de temperatura requeridas para la transferencia de calor.

Es deseable llevar a cabo una evacuación de la cámara de evaporador cargada con refrigerante antes del ensamblaje. La evacuación deberá limitarse a presiones superiores o iguales a la presión de vapor del agua a la temperatura a la que se lleva a cabo la evacuación. Por ejemplo, a temperatura ambiente con agua como refrigerantes, la evacuación del evaporador cargado con refrigerante deberá llevarse a cabo a presiones de aproximadamente 2660 Pa (20 Torr). Esta evacuación sirve para arrastrar contaminantes tales como aire, disolventes de lavado y similares de la cámara de evaporador.

Haciendo de nuevo referencia a la figura 1; está asimismo representado el sorbedor 30. Esta sección del dispositivo de refrigeración incluye el sorbente 32, que está dispuesto por todo el interior de la cámara de sorbente 34. También se incluye en el sorbedor 30 el sumidero 40 de calor. El vapor de refrigerante que se forma tras hacer funcionar el dispositivo de refrigeración se mueve desde la cámara de evaporador hacia la cámara de sorbente 34, transportando calor. Este calor se deposita en el sorbente 32 de capacidad finita y se deposita además en el sumidero 40 de calor de capacidad finita.

El sorbente recibe calor no sólo del calor latente de vaporización que resulta de la condensación del vapor de refrigerante, sino también del calor de reacción química liberado cuando el refrigerante se combina con el sorbente. El sorbente 32 está en contacto térmico con el sumidero 40 de calor, a través de la superficie interior 36 y la superficie exterior 38 de la cámara de sorbente 34. Este contacto térmico da como resultado de manera deseable transferencia de calor altamente eficaz desde el sorbente 32 hacia el sumidero 40 de calor. Este calor debe almacenarse en el sumidero de calor de tal manera que no se escape de nuevo hacia el producto durante el tiempo que se requiere el producto frío.

Los materiales que resultan adecuados como sorbentes son los que presentan propiedades de unión de vapor de refrigerante agresivas, calores de reacción química bajos, y no son explosivos, inflamables o tóxicos.

Preferentemente el material sorbente utilizado en el sorbedor puede absorber y adsorber todo el vapor producido por el líquido, y también cumplirá preferentemente las normas de seguridad gubernamentales para su utilización en un entorno en el que puede producirse contacto con alimentos. Los sorbentes adecuados para diversas aplicaciones pueden incluir óxido de bario, perclorato de magnesio, sulfato de calcio, óxido de calcio, carbón activado, cloruro de calcio, glicerina, gel de sílice, gel de alúmina, hidruro de calcio, ácido fosfórico, hidróxido de potasio, ácido sulfúrico, cloruro de litio, etilenglicol y sulfato de sodio. Estos materiales pueden resultar disponibles en una variedad de formas, incluyendo copos, polvos, gránulos, así como soportados sobre formas inertes o unidos a arcillas. Es deseable que el material presente suficientes pasos de flujo de vapor a través del mismo de tal manera que el rendimiento de refrigeración no se vea limitado por el paso de vapor de refrigerante a través del sorbente. Adicionalmente, el sorbente debe poder transferir calor al material sumidero de calor, y por tanto estar en buen contacto térmico con la superficie interna de la cámara de sorbente. Los sorbentes preferidos para su utilización en el presente dispositivo de refrigeración incluyen un sorbente en copos o un sorbente soportado por arcilla. Éste último está disponible en una amplia variedad de formas, incluyendo esferas, pastillas y sólidos rectangulares.

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Entre los sorbentes preferidos para su utilización en la presente invención están las zeolitas, que incluyen las conocidas como zeolitas de tamiz molecular. Existen aluminosilicatos cristalinos de sodio, potasio, magnesio y calcio. La siguiente fórmula es representativa en general de tales especies:

M_{2/n}[(AlO_{2})x(SiO_{2})] \cdot \omega H_{2}O

en la que y es 2 o mayor, n es la valencia del catión (sodio, potasio, magnesio o calcio), y w representa el número de moléculas de agua contenidas en los huecos de la zeolita. La razón y/x normalmente presenta una razón de 1-5, pero los valores pueden alcanzar hasta aproximadamente 10-100 o superiores para zeolitas ricas en sílice.

Estructuralmente, las zeolitas se basan en redes prácticamente infinitas de tetraedros de AlO_{4} y SiO_{4}, en los que se comparten átomos de oxígeno. Esta estructura contiene canales, o huecos que contienen cationes y moléculas de agua. El agua puede eliminarse de manera reversible, dejando una estructura cristalina que puede ser de aproximadamente el 50% de microporos en volumen. En algunas zeolitas la eliminación completa de agua puede perturbar la estructura de red de algún modo y puede dar como resultado el desplazamiento de cationes, pero para las aplicaciones expuestas en la presente memoria, en general no se cree que sea crítico. Una consideración importante es si resultará alguna perturbación que comprometerá gravemente la capacidad de la zeolita para recibir vapor de refrigerante. Tales perturbaciones en general no pueden tolerarse. Los procedimientos de preparación descritos en la presente memoria no dan como resultado ningún compromiso grave en la capacidad del sorbente de recibir vapor de refrigerante.

Los materiales de zeolita se encuentran en muchos lugares sobre y bajo la superficie de la Tierra, incluyendo cavidades de rocas volcánicas y basálticas, así como rocas sedimentarias de grano fino. Existe un gran número de minerales de zeolita disponibles, y algunos de los más comunes que se producen de manera natural son chabasita (Ca_{2}[(AlO_{2})_{4}(SiO_{2})_{8}] \cdot 13 H_{2}O), mordenita (Na_{8}[(AlO_{2})_{8}(SiO_{2})_{40}] \cdot 24 H_{2}O), erionita ((Ca, Mg, Na_{2}, K_{2})_{4,5}[(AlO_{2})_{9}
(SiO_{2})_{27}] \cdot 27 H_{2}O), faujasita ((Ca, Mg, Na_{2}, K_{2})_{29,5}[(AlO_{2})_{59}(SiO_{2})_{133}] \cdot 235 H_{2}O) y clinoptilolita (Na_{6}[(AlO_{2})_{6}(Si
O_{2})_{30}] \cdot 24 H_{2}O).

Los materiales de zeolita sintética que comprenden aluminosilicatos metálicos pueden utilizarse en los presentes dispositivos de refrigeración. Algunos de los más comunes son zeolita A (Na_{12}[(AlO_{2})_{12}(SiO_{2})_{12}] \cdot 27 H_{2}O), zeolita X (Na_{86}(AlO_{2})_{86}(SiO_{2})_{106}] \cdot 264 H_{2}O), zeolita Y (Na_{56}[(AlO_{2})_{56}(SiO_{2})_{136}] \cdot 250 H_{2}O), zeolita L (K_{9}[(AlO_{2})_{9}(SiO_{2})_{27}] \cdot 22 H_{2}O), zeolita omega (Na_{6,8}TMA_{1,6}[(AlO_{2})s(SiO_{2})_{28}] \cdot 21 H_{2}O, en la que TMA es tetrametilamonio), y ZSM-5 ((Na, TPA)_{3}[(AlO_{2})_{3}(SiO_{2})_{93}] \cdot 16 H_{2}O, en la que TPA es tetrapropilamonio).

Las zeolitas pueden fabricarse mediante tres procedimientos clasificados generalmente: mediante la preparación de zeolitas a partir de geles o hidrogeles de aluminosilicatos reactivos; mediante la conversión de minerales de arcilla en polvos de alta pureza o gránulos preformados; y mediante la utilización de otras materias primas que se producen de manera natural. Las zeolitas pueden producirse según procesos de conversión de arcilla para incluir una zeolita absorbente o adsorbente de agua como un componente mayoritario o minoritario en una matriz de gel, una matriz de arcilla o una matriz derivada de arcilla. Los productos en polvo pueden unirse entre sí en partículas aglomeradas con minerales u óxidos inorgánicos. La materia prima para los procesos de conversión de arcilla es caolín, que normalmente se hidroxila para proporcionar meta-caolín a temperaturas de aproximadamente 500-600ºC, y a temperaturas superiores (por encima de 1000ºC aproximadamente), se forman mullita y cristobalita. Éstas se convierten en zeolitas según técnicas sintéticas adicionales. Los expertos en la materia podrán llevar a cabo tales conversiones, utilizando técnicas que resultan muy evidentes para dichos expertos.

Entre los sorbentes preferidos están los que con tamaños de poro que son de por lo menos aproximadamente 7 \ring{A} que resultarían útiles. Algunos sorbentes útiles incluyen zeolita 13X.

Tales materiales deben calentarse para impulsar agua absorbida y adsorbida a partir de los mismos. Las moléculas de gas tienden a adherirse a las superficies. Los materiales sorbentes pueden presentar estructuras porosas con un área superficial por unidad de volumen muy grande. El volumen de materiales no condensables resulta significativo en sistemas que requieren presiones finales por debajo de 29,26 a 66,5 Pa (220 a 500 militorr). Como ejemplo, un recipiente rellenado con tamiz molecular (un sorbente típico) puede evacuarse a temperatura ambiente hasta una presión de desde aproximadamente 0,133 hasta 0,665 Pa (de 1 a 5 militorr) día tras día, pero aumentará en presión a lo largo de algunas horas hasta 66,5 Pa (500 militorr) entre evacuaciones en serie. Este aumento puede atribuirse a la desorción gradual de moléculas de gas sorbidas. Es improbable que un dispositivo de refrigeración de alta tasa de producción económico pueda incorporar un procedimiento de este tipo en su fabricación. Puesto que el procedimiento de sorción en el sorbente actúa como una bomba para extraer vapor del evaporador durante el funcionamiento del dispositivo, la presión de vapor de refrigerante sobre el sorbente debe estar en todo momento muy por debajo de la presión de saturación de equilibrio de refrigerante en el evaporador. Es esencial para la utilidad de sorbentes en los dispositivos de refrigeración expuestos en la presente memoria la eliminación de gases no condensables del sistema de refrigeración. Debe evitarse la presencia de gases no condensables en cualquier lugar en el sistema, ya que tales gases se transportan mediante el vapor refrigerante que fluye en el sorbente, o pueden estar ya presentes en el sorbente. La presencia de gases no condensables forma una barrera a través de la que debe difundirse el vapor de refrigerante antes de que pueda condensarse. Si tales gases están presentes, el dispositivo de refrigeración funcionará a una tasa limitada por la barrera de difusión.

De una manera similar, debe liberarse el sorbente lo más posible de gases condensables antes de que se haga funcionar el dispositivo. El volumen del sorbente se minimiza de manera deseable para algunas formas de realización preferidas de la invención. Por tanto, la competición entre el refrigerante y un gas condensable ya presente en el sorbente también limitará el funcionamiento del dispositivo de refrigeración a niveles por debajo del rendimiento óptimo.

La presente invención proporciona unos procedimientos para la preparación de sorbentes para su utilización en refrigeradores de tipo evaporación/condensación. Los procedimientos implican generalmente calentamiento y evacuación para eliminar gases no inertes, incluyendo tanto gases no condensables como gases condensables. Los procedimientos también implican la sustitución de gases no condensables y otros contaminantes por un gas que puede eliminarse fácilmente antes del ensamblaje final del dispositivo de refrigeración. Los gases con altas energías cinéticas son considerablemente más fáciles de eliminar de los materiales sorbentes de lo que lo son los gases que no presentan altas energías cinéticas. Entre los gases preferidos están los que presentan con altas razones de calores específicos. Esta razón se mide como la razón de energía de traslación dividida entre la suma de energía cinética de rotación y vibración, a una temperatura dada. Este valor es en general el más alto para los gases monoatómicos tales como helio, neón, argón, criptón, xenón. El valor para estos gases alcanza el valor máximo teórico de 1,67. Es valor es inferior para gases moleculares biatómicos tales como oxígeno y nitrógeno, y es de 1,4. Este valor resulta incluso inferior para gases más grandes con más grados de libertad. Los gases preferidos son los que presentan con razones de calor específico de más de aproximadamente 1,5. Especialmente preferidos son los gases con razones de calor específico de más de aproximadamente 1,6.

Según los procedimientos de preparación del sorbente de la invención, el sorbente se calienta hasta por lo menos 250ºC, preferentemente por lo menos 320ºC y todavía más preferentemente hasta por lo menos 380ºC. Este calentamiento puede llevarse a cabo según cualquiera de varios procedimientos, siendo el más común un horno de convección convencional concebido para funcionar a las temperaturas relativamente altas requeridas por los procedimientos de la invención. También puede utilizarse un horno al vacío, así como una "bomba" de vacío, que se calienta externamente, por ejemplo, con calentadores de cartucho soldados a su superficie.

El material sorbente también se somete a presiones bajas, de manera deseable simultáneamente con la etapa de calentamiento descrita anteriormente. Los procedimientos de la invención utilizan presiones no superiores a aproximadamente 1,995 Pa (15 militorr), preferentemente no superiores a aproximadamente 1,33 Pa (10 militorr), y más preferentemente no superiores a aproximadamente 0,665 Pa (5 militorr). Esta evacuación puede llevarse a cabo según cualquiera de varios procedimientos, siendo el más común una bomba de vacío convencional concebida para producir las presiones relativamente bajas requeridas por los procedimientos de la invención. También podrían utilizarse en dichas evacuaciones bombas más sofisticadas tales como las bombas de difusión.

La combinación de calentamiento y evacuación será suficiente para eliminar la inmensa mayoría de material absorbido y adsorbido. Dicho material incluye agua, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, grasas y similares. Aunque no se desea limitarse a ninguna teoría particular en cuanto a los mecanismos que subyacen al funcionamiento de la invención, se cree que el agua es normalmente el material absorbido/adsorbido de manera más agresiva sobre las superficies del sorbente. El calentamiento y la evacuación de sorbente tienen el objeto de eliminar sustancialmente todo el agua de las superficies del sorbente. Se muestran los procesos de calentamiento y evacuación en un aparato a vacío-horno convencional, puesto que se determinan mediante procesos de difusión no mejorados. Pueden utilizarse varios medios para acelerar estos procesos. Uno es utilizar agitación, o un secador rotatorio equipado para el funcionamiento a vacío. Otra posibilidad es un proceso de flujo continuo.

Tras el calentamiento y la evacuación de sorbente, el recipiente que contiene el sorbente calentado y evacuado puede cargarse con un gas de relleno. La presión de relleno del gas de relleno dependerá de la presión a la que ha de llevarse a cabo la operación de relleno de cámara de sorbente posterior. La presión de relleno deberá ser por lo menos la de la zona que rodea inmediatamente la cámara de sorbente, para que ni el aire ni otros gases puedan desplazar el relleno del gas de relleno. Normalmente esto significa que el recipiente que contiene el sorbente se rellena hasta una presión de aproximadamente 1 atmósfera. La introducción de gas de relleno puede llevarse a cabo cuando el sorbente está a temperatura ambiente, pero de manera deseable se introduce mientras el sorbente está caliente, preferentemente mientras todavía está caliente de la etapa de procedimiento anterior. Por tanto, el sorbente evacuado puede cargarse con un gas de relleno mientras el sorbente está a una temperatura de desde por lo menos aproximadamente la temperatura ambiente hasta aproximadamente 375ºC, y preferentemente desde por lo menos aproximadamente 90ºC hasta aproximadamente 310ºC. Si el sorbente ha de cargarse en el sorbedor a vacío, no necesita utilizarse ningún gas de relleno, sino que el vacío debe ser lo suficientemente bueno para que el sorbedor sellado finalmente no contenga una presión de más de aproximadamente 1,995 Pa (15 militorr).

En este momento, el sorbente cargado con gas de relleno puede o bien almacenarse en un recipiente hermético al gas para cargarse en una cámara de sorbente en un momento posterior, o bien cargarse directamente en una cámara de sorbente, preferentemente mientras todavía está caliente hasta una temperatura de desde por lo menos aproximadamente la temperatura ambiente hasta aproximadamente 375ºC o preferentemente hasta una temperatura de por lo menos aproximadamente 90ºC a aproximadamente 310ºC. Si el sorbente cargado con gas de relleno se almacena en un recipiente hermético al gas para su utilización futura en una cámara de sorbente, este recipiente se evacuará en un momento posterior, preferentemente inmediatamente antes de la carga en el recipiente de sorbente. Si el sorbente cargado con gas de relleno ha de cargarse en una cámara de absorbedor inmediatamente, lo más eficaz es llevar a cabo la carga mientras el sorbente cargado con gas de relleno está caliente, preferentemente mientras todavía está caliente de la etapa de procedimiento de calentamiento anterior.

Tanto si el sorbente cargado con gas de relleno se carga en una cámara de sorbente inmediata como posteriormente, o posteriormente tras el enfriamiento del sorbente, la cámara de sorbente cargada tendrá que evacuarse para eliminar el gas de relleno del sorbente. Si el sorbente cargado con gas de relleno se ha almacenado, puede dejarse a temperatura ambiente para esta evacuación. Sin embargo, debe apreciarse que a temperatura ambiente las moléculas de gas de relleno migran de manera relativamente lenta hacia fuera de los pasos de la mayoría de los sorbentes porosos, y que se requerirá un tiempo de evacuación ampliado. El calentamiento de sorbente cargado con gas de relleno que se ha almacenado a temperatura ambiente puede llevarse a cabo antes o después de la carga, pero si va a llevarse a cabo después de la carga, debe tenerse cuidado en el caso de dispositivos refrigeradores que utilizan sumideros de calor de material de cambio de fase de tipo fusión. Si tales sumideros de calor se exponen a calor suficiente para fundirlos, deben volverse a congelarse antes de que puedan utilizarse. Se cree que es un procedimiento de carga de cámaras de sorbente con sorbente cargado con gas de relleno más eficaz en tiempo y energía llevar a cabo la carga con sorbente caliente que todavía está caliente de las etapas de procedimiento de calentamiento anterior. Por tanto, el sorbente cargado con gas de relleno puede cargarse en la cámara de sorbente de un refrigerador de tipo evaporación/absorción a una temperatura de por lo menos aproximadamente la temperatura ambiente a aproximadamente 375ºC, y preferentemente a una temperatura de por lo menos aproximadamente 90ºC a aproximadamente 310ºC.

La carga puede llevarse a cabo según varios procedimientos, incluyendo verter el sorbente en una cámara de sorbente evacuada bajo un manto de gas inerte. La carga también puede llevarse a cabo a temperatura ambiente.

La cámara de sorbente en la que ha de cargarse el sorbente también incluye un material sumidero de calor. La función del material sumidero de calor es absorber el calor liberado por el sorbente, e impedir el escape de este calor de nuevo al producto que ha de enfriarse mediante el dispositivo de refrigeración. Por tanto, es crítico maximizar el contacto térmico entre el sorbente y el material sumidero de calor. Esto puede lograrse garantizando que el sorbente está en buen contacto físico con la superficie interna de la cámara de sorbente.

La cantidad de sorbente requerida para absorber o adsorber una cantidad dada de vapor de refrigerante depende de la capacidad de sorción del sorbente para el vapor de refrigerante. Esto es en general una función de la temperatura. Dentro del intervalo de temperatura de sorbente de interés, la absorción de agua está comprendida entre aproximadamente el 10% y aproximadamente el 25% en peso. Para un sistema de 8 onzas, caída de temperatura de 22ºC, se requerirán de 45 a 90 gramos de sorbente, una cantidad que también depende de la eficacia del sumidero de calor.

Estos procedimientos pueden utilizarse en la preparación de sorbentes y cámaras de sorbedor para los dispositivos de refrigeración descritos en la presente memoria, así como para aquellos dados a conocer en las patentes US nº 5.197.302 y nº 5.048.301.

El dispositivo de refrigeración de la presente invención también incluye un sumidero de calor ubicado en el sorbedor. El sumidero de calor está en contacto térmico con la superficie externa de la cámara de sorbente, y por tanto está en contacto térmico con el sorbente.

El material de eliminación de calor puede ser uno de entre tres tipos: (1) un material que experimente un cambio de fase cuando se aplica calor; (2) un material que presenta una capacidad calorífica mayor que el sorbente; o (3) un material que experimenta una reacción endotérmica cuando se pone en contacto con el refrigerante líquido.

Los materiales de cambio de fase adecuados para aplicaciones particulares pueden seleccionarse de entre parafina, naftaleno, azufre, cloruro de calcio hidratado, bromoalcanfor, alcohol cetílico, cianamida, ácido elaídico, ácido laurico, silicato de sodio hidratado, tiosultato de sodio pentahidratado, fosfato de disodio, carbonato de sodio hidratado, nitrato de calcio hidratado, sal de Glauber, acetato de magnesio, sodio y potasio así como derivados hidratados de tales materiales, incluyendo acetato de sodio trihidratado, y fosfato de disodio dodecahidratado. Los materiales de cambio de fase eliminan parte del calor del material sorbente simplemente mediante almacenamiento de calor sensible. Dicho de otro modo, se calientan a medida que se calienta el sorbente, eliminando calor del sorbente. Sin embargo, la función más eficaz del material de cambio de fase es el propio cambio de fase. Puede absorberse una cantidad extremadamente grande de calor mediante un material de cambio de fase adecuado en relación con el cambio de fase (es decir, cambio de una fase sólida a una fase líquida, o cambio de una fase líquida a una fase de vapor). Normalmente no hay cambio en la temperatura del material de cambio de fase durante el cambio de fase, a pesar de la cantidad relativamente sustancial de calor requerida para efectuar el cambio; calor que se absorbe durante el cambio. Los materiales de cambio de fase que cambian de un sólido a un líquido, que absorben del sorbente su calor latente de fusión, son los más prácticos en un sistema cerrado. Sin embargo, un material de cambio de fase que cambia de un líquido a un vapor también es viable. Por tanto, puede proporcionarse un líquido seguro para el medioambiente en un recipiente separado (no representado) en contacto con el material sorbente (para absorber calor del mismo pero al que se da salida de tal manera que el material de cambio de fase en ebullición se lleva el calor del material sorbente y completamente fuera del sistema).

Otro requisito de cualquiera de los materiales de cambio de fase es que cambien de fase a una temperatura superior a la temperatura ambiente esperada del material que va a enfriarse, pero inferior a la temperatura alcanzada por el material sorbente tras la absorción de una fracción sustancial (es decir, un tercio o un cuarto) del líquido refrigerante. Por tanto, por ejemplo, en la mayoría de dispositivos según la presente invención que están previstos para su utilización en el enfriamiento de material tal como alimentos o bebida, el material de cambio de fase puede cambiar de fase a una temperatura por encima de aproximadamente 30ºC, preferentemente por encima de 35ºC, pero preferentemente por debajo de aproximadamente 70ºC, y más preferentemente por debajo de 60ºC. Por supuesto, en algunas aplicaciones, pueden resultar deseables temperaturas de cambio de fase sustancialmente superiores o inferiores. De hecho, muchos materiales de cambio de fase con temperaturas de cambio de fase de hasta 90ºC ó 100ºC pueden resultar apropiados en ciertos sistemas.

Los materiales que presentan una capacidad calorífica superior a la del sorbente proporcionan simplemente una masa térmica en contacto con el sorbente que no afecta a la cantidad total de calor en el sistema, pero reduce el diferencial de temperatura entre el material que está enfriándose y sorbedor, con dos resultados.

Cuando se añade calor a un material que no se funde ni se evapora como resultado de esa adición de calor, puede detectarse el calor por un aumento de temperatura. Por el contrario, si el material experimenta un cambio de fase, de sólido a líquido por ejemplo, el material puede absorber calor sin un cambio de temperatura sensible. En su lugar, la energía calorífica se va en el cambio de fase del material. Se hace referencia al calor oculto como calor latente. Los materiales sumideros de calor útiles en el presente dispositivo de refrigeración son todos materiales de fusión, absorben calor latente significativo, y pueden mantener el sorbente a una temperatura más uniforme. Cuanto más frío esté el sorbente, más vapor puede condensar, por tanto lo que es de interés directo es el volumen combinado de sumidero de calor y sorbente. Un material de baja densidad y un material de alta densidad pueden, en principio, presentar igual capacidad calorífica total, pero un dispositivo de refrigeración que utiliza el material de baja densidad requerirá más volumen. Este volumen aumentado puede resultar indeseable en determinadas aplicaciones críticas.

La cantidad de material sumidero de calor requerida depende de la cantidad de vapor de refrigerante que ha de absorberse o adsorberse por parte del sorbente, el calor de reacción química de la reacción de unión de sorbente y vapor de refrigerante, el calor específico del sumidero de calor (o combinación calor específico-calor latente en un material de cambio de fase) y la temperatura final elegida del sorbedor. Puesto que la mayoría de los sorbentes disminuyen la capacidad de sorción de vapor de refrigerante a medida que aumenta la temperatura, existe una razón de sorbente con respecto a sumidero de calor que proporciona una masa de sistema mínima, y que depende de las propiedades del par elegido.

El dispositivo de refrigeración también incluye unos medios para impedir que el vapor de refrigerante fluya desde la cámara de evaporador hacia la cámara de sorbente antes del funcionamiento del dispositivo. Tras la activación de estos medios, que permiten a continuación el flujo de vapor de refrigerante desde la cámara de evaporador hacia la cámara de sorbente, comienza la desorción y el enfriamiento del producto. Los medios para impedir el flujo de vapor pueden tomar la forma de cualquiera de los diversos tipos mostrados en la técnica anterior. Los medios pueden ubicarse en cualquier ubicación entre la cámara y el sorbedor siempre que impidan que el vapor de refrigerante o vapor de cualquier tipo sea sorbido por el sorbente. Sin embargo, si la totalidad del dispositivo de refrigeración está contenida dentro de un recipiente presurizado, puede utilizarse una válvula sensible a la presión que puede accionar el dispositivo tras la liberación de la presión dentro del recipiente.

El dispositivo puede realizarse en una variedad de materiales, con la limitación de que determinadas partes deben poder permitir buen contacto térmico con otras ciertas partes. Estas partes deben realizarse en un conductor térmico relativamente bueno tal como un metal o material metálico. Los materiales preferidos para la cámara de evaporador, y el sorbedor incluyen metales tales como aluminio, cobre, estaño, acero y aleaciones de metales tales como aleación de aluminio. Para algunas aplicaciones, se requerirá protección contra la corrosión sobre la superficie externa del evaporador. La protección contra la corrosión puede incluir un recubrimiento delgado de una laca especialmente concebida para ese fin. Los expertos en la materia podrán proporcionar materiales adecuados. Generalmente el espesor de tales recubrimientos no interfiere con la transferencia térmica, pero la elección del protector contra la corrosión vendrá determinada por el efecto de tiempo que tal protector tiene sobre la transferencia de calor. Las partes del refrigerador que no son cruciales para la transferencia térmica incluyen los medios para impedir/permitir el flujo de vapor de refrigerante. Esta parte puede realizarse en un material polimérico, tal como un material termoplástico.

Los refrigeradores están sometidos a presión externa, puesto que se evacuan internamente. Con el fin de evitar la necesidad de fabricar una estructura pesada, pueden utilizarse diseños de arcos autoportantes o diseños acanalados. Los materiales con calibre similar a los utilizados en la construcción de latas de bebidas carbonatadas pueden encontrar aplicación en la construcción de los refrigeradores inventivos. Una forma de realización particular de un diseño de arco autoportante se representa en la figura 6. Se muestra el sorbedor 30 que presenta el sorbedor 32 y el material sumidero 40 de calor incluidos en su interior. Sobre la superficie externa 46 del sorbedor 30 están dispuestos una serie de separadores 48. En general continúan alrededor de la circunferencia de la superficie 46, pero se omiten algunos de la figura 6 para mayor claridad. Hay un material intermedio 50, que puede ser un material polimérico tal como un material termoplástico, fijado a los separadores 48 por toda la circunferencia de la superficie 46. El conjunto está previsto que se coloque en un recipiente de producto cilíndrico, con las partes terminales de los separadores 48 adosándose a las paredes internas del recipiente de producto cilíndrico. Este conjunto ayuda al sorbedor a mantener su estructura, impidiendo de colapso de desigualdades de presión entre el interior y el exterior del sorbedor.

El producto que puede enfriarse puede ser un líquido, gas o sólido, siempre que se realice buen contacto térmico con la superficie externa del evaporador. Los productos preferidos para enfriarse son líquidos o gases, más preferentemente líquidos. Entre los líquidos que pueden enfriarse utilizando el dispositivo de refrigeración de la invención están los que comprenden agua, tales como los que comprenden por lo menos el 20% de agua, los que comprenden por lo menos el 40% de agua, y los que comprenden por lo menos el 60% de agua. Incluidos entre tales líquidos que contienen agua están agua, leche, zumos de frutas y verduras, refrescos, cerveza, vino y bebidas mezcladas. Estos productos pueden estar contenidos en recipientes de diversos tamaños y formas, y los realizados en diversos materiales. Tal como se mencionó anteriormente, determinadas aplicaciones implicarán el enfriamiento de líquidos que pueden, a lo largo de tiempos de almacenamiento prolongados, corroer los recipientes en los que están almacenados. La protección contra la corrosión, conocida por los expertos en la materia, está disponible en tales circunstancias.

La invención comprende asimismo un procedimiento de utilización del dispositivo de refrigeración descrito en la presente memoria. El procedimiento incluye la etapa que consiste en proporcionar un dispositivo de refrigeración del tipo expuesto en la presente memoria, abrir los medios para impedir el flujo de vapor, por lo que se reduce la presión en el evaporador, provocar la evaporación del refrigerante, vapor que se recoge mediante el sorbente, eliminar el vapor del evaporador recogiendo el vapor hasta que se alcanza un estado de equilibrio en la que el sorbente está sustancialmente saturado o sustancialmente todo el refrigerante originariamente en la cámara de evaporador se ha recogido en el sorbente, y eliminar simultáneamente calor del sorbente por medio del material sumidero de calor descrito anteriormente. El procedimiento es preferentemente un procedimiento directo; por tanto, la apertura de los medios para impedir/permitir el flujo es preferentemente irreversible. Al mismo tiempo, el sistema es un sistema cerrado; dicho de otro modo, el refrigerante no se escapa del sistema, y no existen medios por los cuales pueda escapar el refrigerante o el sorbente ni de la cámara de evaporador ni del sorbedor.

Otras formas de realización

Se debe apreciar que aunque la invención se ha descrito conjuntamente con la descripción detallada de la misma, la descripción anterior pretende ilustrar y no limitar el alcance de la invención, que se define mediante el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

1. Procedimiento para preparar una cámara de sorción para un refrigerador portátil, de un único uso, de tipo de evaporación sin liberación que produce un vapor de refrigerante durante el calentamiento evaporativo, comprendiendo el procedimiento:

A)

proporcionar una cámara sellable para el sorbente, y un material sorbente (32) para absorber y adsorber el vapor de refrigerante;

B)

calentar dicho material sorbente hasta una temperatura suficiente para volatilizar el material absorbido y adsorbido contenido en y sobre el mismo;

C)

eliminar dicho material volatilizado de dicho material sorbente calentado evacuando dicho material sorbente;

D)

añadir un gas de relleno al sorbente, en el que el gas presenta una razón de calores específicos de por lo menos aproximadamente 1,5;

E)

cargar la cámara de sorbente (34) con sorbente (32) cargado con gas de relleno;

F)

eliminar dicho gas de relleno del sorbente evacuando dicha cámara de sorbente; y

G)

sellar la cámara de sorbente (34) para impedir la introducción de gases del aire en dicho sorbente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el calentamiento de material sorbente es hasta una temperatura de por lo menos aproximadamente 250ºC.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el calentamiento de material sorbente es hasta una temperatura de por lo menos aproximadamente 350ºC.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que material volatilizado y eliminado del material sorbente es el agua.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la eliminación de material volatilizado de dicho material sorbente se lleva a cabo a una presión de a lo sumo aproximadamente 1,995 Pa (15 militorr).

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el gas de relleno añadido al sorbente presenta una razón de calores específicos superior a aproximadamente 1,6.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el gas de relleno añadido al sorbente se selecciona de entre el grupo constituido por helio, neón, argón, criptón y xenón.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho material sorbente está a una temperatura de por lo menos aproximadamente 100ºC cuando se añade el gas de relleno.

9. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que gas de relleno se añade hasta una presión de desde aproximadamente 46,55 kPa (350 Torr) hasta aproximadamente 266 kPa (2000 Torr).

10. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el sorbente cargado con gas de relleno se carga en dicho absorbedor evacuado a una temperatura de desde aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 200ºC.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho gas de relleno se elimina de dicha cámara de sorbente mediante la reevacuación de dicha cámara de sorbente a una presión inferior a aproximadamente 1,995 Pa (15 militorr).

12. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la cámara de sorbente está en contacto térmico con un material sumidero de calor de tipo de cambio de fase que presenta una temperatura de transición de fase.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la reevacuación de dicha cámara de sorbente se lleva a cabo mientras el sorbente está a una temperatura de por lo menos 25ºC.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la cámara sellable para sorbente está prevista como purgada y rellenada con un gas de purga.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la cámara sellable para sorbente está prevista como una cámara evacuada, evacuada hasta una presión no superior a aproximadamente 1,995 Pa (15 militorr).

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16. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se produce vapor de agua durante el calentamiento evaporativo, comprendiendo el procedimiento:

A)

proporcionar una cámara sellable evacuada, y un material sorbente de zeolita para absorber y adsorber el vapor de agua, en el que la cámara se evacua hasta una presión no superior a 1,33 Pa (10 militorr);

B)

calentar dicho sorbente de zeolita hasta por lo menos 300ºC para eliminar el material absorbido y adsorbido de la zeolita;

C)

eliminar dicho material volatilizado de dicho material sorbente calentado evacuando dicho material sorbente hasta una presión no superior a 1,33 Pa (10 militorr);

D)

añadir gas helio al sorbente de zeolita hasta una presión de aproximadamente 1 atmósfera;

E)

cargar la cámara de sorbente con sorbente de zeolita cargado con helio;

F)

eliminar dicho helio del sorbente de zeolita evacuando dicha cámara de sorbente hasta una presión no superior a aproximadamente 1,33 Pa (10 militorr); y

G)

sellar la cámara de sorbente para impedir la introducción de gases del aire en dicho sorbente de zeolita.

17. Procedimiento para preparar una cámara de sorción para un refrigerador portátil, de un único uso, de tipo de evaporación sin liberación que produce un vapor de refrigerante durante el calentamiento evaporativo, comprendiendo el procedimiento:

A)

proporcionar una cámara sellable para el sorbente, y un material sorbente (32) para absorber y adsorber el vapor de refrigerante;

B)

calentar dicho material sorbente hasta una temperatura suficiente para volatilizar el material absorbido y adsorbido contenido en y sobre el mismo;

C)

eliminar dicho material volatilizado de dicho material sorbente calentado evacuando dicho material sorbente;

D)

cargar la cámara de sorbente (34) a un vacío suficiente para impedir la introducción de gases del aire en dicho sorbente (32); y

E)

sellar la cámara de sorbente (34) para impedir la introducción de gases del aire en dicho sorbente.