ES2322128T3 - Un armario figrorifico aislado al vacio y metodo para evaluar la conductividad termica del mismo. - Google Patents

Abstract

Un armario frigorífico aislado al vacío, que comprende un sistema de evacuación para evacuar un espacio de aislamiento (10, 12) del armario cuando la presión en el interior de tal espacio es mayor que un valor predeterminado, caracterizado porque presenta medios sensores que comprenden un sensor de temperatura (14) y un calentador (18) situados, ambos, en una parte del sistema de evacuación (10, 12), y un sistema de control (16) para activar el calentador (18) según un ciclo predeterminado de calentamiento y para recibir una señal procedente del sensor de temperatura (14), siendo capaz tal sistema de control de proveer al sistema de evacuación de una señal relacionada con el nivel de aislamiento dentro del espacio de aislamiento.

Description

Un armario frigorífico aislado al vacío y método para evaluar la conductividad térmica del mismo.

La presente invención se refiere a un armario frigorífico aislado al vacío, que comprende un sistema de evacuación para evacuar un espacio de aislamiento del armario cuando la presión en el interior de tal espacio es mayor que un valor predeterminado.

Con el término "frigorífico" se quiere dar a entender cualquier clase de aparato electrodoméstico en el que la temperatura interior es menor que la temperatura ambiente, es decir, frigoríficos domésticos, congeladores verticales, arcón congelador o similares. Un armario aislado al vacío (VIC) para refrigeración se puede realizar construyendo un armario de refrigeración que tenga un espacio de aislamiento sellado herméticamente y llenando dicho espacio de un material poroso para sostener las paredes frente a la presión atmosférica tras evacuar el espacio de aislamiento. Puede que se necesite un sistema de bomba para volver a evacuar intermitentemente este espacio de aislamiento debido a la penetración de aire y vapor de agua por infiltración. En el documento EP-A-587546 se muestra una solución para proveer a un frigorífico de una bomba de vacío que funciona casi continuamente, por lo que aumenta demasiado el consumo total de energía del frigorífico. Es ventajoso de cara al consumo de energía volver a evacuar sólo cuando realmente se necesite. Por lo tanto, hay una necesidad en la técnica de un sistema sencillo y económico de medición del aislamiento, que sea aplicable para accionar una bomba de vacío de un armario frigorífico o un sistema similar de evacuación sólo cuando realmente se necesite.

La presente invención proporciona un armario frigorífico aislado al vacío que tiene tal sistema de medición del aislamiento, de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

Según la invención, el sistema de medición es un sistema que mide el valor aislante del aislamiento VIC. Se lleva a cabo una estrategia de medición en un estado sin equilibrio que requiere sólo un sensor de temperatura. Dicho sensor está enterrado en el material de aislamiento evacuado, preferentemente en su posición central con relación al grosor del espacio de aislamiento. En una posición central dentro del espacio de aislamiento, se minimizan las perturbaciones debidas a las oscilaciones momentáneas en la temperatura superficial externa. Sin embargo, el dispositivo sensor puede estar colocado en cualquier parte del espacio al vacío, pero teniendo complicaciones probables debido a las oscilaciones momentáneas en la temperatura superficial externa. Es posible también colocar el dispositivo sensor sobre una parte externa del aislamiento evacuado, que está conectada por un conducto a la cámara principal de aislamiento al vacío, fundamentalmente para facilitar el montaje del dispositivo sensor. Una fuente de calor, que puede ser pulsatoria, está muy próxima al sensor. El pulso térmico está controlado en una pequeña cantidad precisa de energía térmica. El aislamiento y el sensor de temperatura, en el área inmediata del pulso térmico, mostrará un aumento temporal de temperatura. La conductividad térmica efectiva, la capacidad calorífica y la densidad de los alrededores del pulso térmico controlan la caída del aumento de temperatura. Se espera que la capacidad calorífica y la densidad se mantengan constantes durante la vida útil del frigorífico, pero la conductividad térmica aumentará debido al deterioro del nivel de vacío en el aislamiento. Un análisis de la caída producirá una medida de conductividad térmica y permitirá que se aplique un criterio para el bombeo. Debido al hecho de que este dispositivo está situado en el centro del aislamiento, se reducen los problemas de las variaciones de temperatura exterior. En cualquier régimen, es posible aplicar el dispositivo a la pared externa del espacio de aislamiento y protegerlo con una almohadilla aislante. Después de la calibración, este dispositivo puede que únicamente tenga que registrar una temperatura en un tiempo especificado después de la aplicación del pulso de temperatura para su uso como criterio de
bombeo.

La invención se explicará a continuación con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos, que muestran:

- la figura 1 es una vista transversal esquemática de una pared de un armario aislado al vacío según la invención;
y

- la figura 2 es un diagrama esquemático que muestra la relación entre la temperatura medida cerca de la fuente de calor y el tiempo, en dos condiciones diferentes de conductividad térmica.

Haciendo referencia a las figuras, un armario frigorífico comprende una pared doble 10 aislada que tiene dos paredes 10a (guarnecido) y 10b (envoltura) relativamente impermeables a los gases, llenas de un material de aislamiento 12 poroso evacuado. Tanto el guarnecido 10a como la envoltura 10b pueden ser de material polímero. El material de aislamiento 12 puede ser un polvo inorgánico tal como sílice y alúmina, fibras inorgánicas y orgánicas, un objeto espumado por inyección de estructura de celdas abiertas o de celdas semiabiertas, tal como espuma de poliuretano, o una espuma de poliestireno de celdas abiertas que está extruida como una placa y montada en el armario. El material de aislamiento 12 está conectado a un sistema de evacuación conocido (no mostrado) que puede ser una fase de adsorción física (o más fases en serie) o una bomba de vacío mecánica o una combinación de las mismas.

Según la invención, en el interior del material de aislamiento 12 de la pared doble 10 está enterrada una sonda térmica 14 que está conectada a una unidad de control 16. Próximo a la sonda térmica 14, a una pequeña distancia de la misma, está enterrado un calentador eléctrico 18 que está conectado también a la unidad de control 16. La unidad de control 16 está unida al sistema (no mostrado) para evacuar el material de aislamiento 12.

Según una segunda realización de la invención, es posible utilizar un hilo eléctrico calentado como fuente térmica y medir entonces la caída de temperatura en dicho hilo, usando el mismo hilo eléctrico como un termómetro de resistencia.

A fin de evaluar el comportamiento del material de aislamiento, la unidad de control 16 enciende el calentador eléctrico 18 durante un corto espacio de tiempo, típicamente de 1 a 10 s, y con un intervalo de encendido que está comprendido preferentemente entre 1 y 30 días. Al mismo tiempo, la sonda térmica 14 mide el aumento súbito de temperatura alrededor del calentador 18, y la caída posterior cuando es apagado el calentador. El calentador es encendido y apagado según un patrón de pulsos predeterminado, cuyo intervalo de tiempo entre pulsos puede variar ampliamente según el material de aislamiento 12, su anchura, el material del guarnecido 10a y de la envoltura 10b y su grosor. La caída de temperatura (figura 2) está influida considerablemente por la presión en el interior del aislamiento VIC y, en definitiva, por la conductividad térmica real del material de aislamiento 12. En la parte izquierda de la figura 2 se muestra un ejemplo de caída de temperatura cuando la conductividad térmica \lambda es baja (baja presión), mientras que en la parte derecha de la figura 2 se muestra un ejemplo de caída de temperatura cuando la conductividad térmica \lambda ha aumentado debido a un aumento de presión en el interior del material 12, por ejemplo después de algunos días desde la última intervención de la bomba de vacío. Si en un tiempo predeterminado K, la temperatura es menor que un valor umbral T, entonces, es el momento para que la unidad de control 16 encienda la bomba de vacío a fin de restablecer el comportamiento correcto del frigorífico. Por supuesto, la unidad de control 16 puede evaluar también que, para una temperatura predeterminada, el tiempo para alcanzar tal temperatura es menor que un valor umbral. A partir de la descripción anterior es evidente que no es necesario detectar cómo cambia con el tiempo la temperatura medida por el sensor 14, ya que se necesita registrar sólo una temperatura en un tiempo predeterminado después del pulso de temperatura.

La ecuación general de la conservación de la energía para la difusión térmica a través de un medio sólido, en el caso del sistema sensor según la presente invención, se puede aproximar a una unidimensional debido a las características geométricas de las paredes de los frigoríficos domésticos, en las que una de las dimensiones (grosor) es usualmente mucho menor que las otras dos (altura y anchura). Además, aunque la conductividad térmica k varía con el tiempo, no es una función de la posición (espacialmente invariable), lo que reduce la ecuación para la difusión térmica a:

(1)k \times \frac{\partial^{2}T}{\partial x^{2}} + q'' = \rho \times c \times \frac{\partial T}{\partial t}

en la que

T es la temperatura,

t es el tiempo,

x es la distancia medida a través del grosor de la pared al vacío,

k es la conductividad térmica,

q'' es la energía generada en el interior de la pared,

\rho es la densidad,

y c es el calor específico del aislamiento al vacío.

La ecuación (1) puede tener varias soluciones diferentes, dependiendo de las condiciones de contorno e iniciales atribuidas a la variable dependiente T, la expresión para q'', etc.

En general, la forma de estas soluciones puede ser muy compleja y, en algunos casos, se tiene que confiar en técnicas numéricas para buscar la solución de la variación de temperatura a lo largo del tiempo. A partir de la simulación computacional de la evolución de temperatura como una función del tiempo es evidente inmediatamente que cuanto más grande es la conductividad térmica "k", la caída de temperatura es de pendiente más fuerte.

Debido a que la sonda térmica está situada preferentemente en el centro de la pared aislada del frigorífico y debido a la capacitancia térmica de la oscilación transitoria del aislamiento al vacío, los cambios a corto plazo en las condiciones circundantes se disiparán y no afectarán a la "temperatura frente al tiempo" medida por dicha sonda.

Por todo ello, el dispositivo de medición es prácticamente insensible a:

-

la apertura de la puerta,

-

la conmutación de la temperatura interna debido al accionamiento cíclico del compresor.

\newpage

Tanto el cambio (diferente ajuste del termostato) de la temperatura externa (variaciones ambientales) como de la interna puede producir pequeños cambios en la lectura de la sonda, en algún tiempo predeterminado después de que sea encendido el calentador de pulsos. Por lo tanto, se prefiere seguir la pista de las temperaturas interna y externa e introducir esta información en la lógica para controlar el encendido/apagado de la bomba de vacío, junto con la lectura de la sonda incorporada.

En vista de lo anterior, se prefiere utilizar termistores para medición de temperatura con una precisión mayor que 0,2ºC. Además, se prefiere también seguir la pista de las temperaturas ambiente e interna, y utilizar esta información para "calibrar" la temperatura medida según la presente invención.

Claims (7)

1. Un armario frigorífico aislado al vacío, que comprende un sistema de evacuación para evacuar un espacio de aislamiento (10, 12) del armario cuando la presión en el interior de tal espacio es mayor que un valor predeterminado, caracterizado porque presenta medios sensores que comprenden un sensor de temperatura (14) y un calentador (18) situados, ambos, en una parte del sistema de evacuación (10, 12), y un sistema de control (16) para activar el calentador (18) según un ciclo predeterminado de calentamiento y para recibir una señal procedente del sensor de temperatura (14), siendo capaz tal sistema de control de proveer al sistema de evacuación de una señal relacionada con el nivel de aislamiento dentro del espacio de aislamiento.

2. El armario frigorífico aislado al vacío según la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor de temperatura (14) y el calentador (18) están situados, ambos, dentro del espacio de aislamiento (10, 12).

3. El armario frigorífico aislado al vacío según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el sensor de temperatura (14) y el calentador (18) son el mismo hilo eléctrico utilizado con fines de calentamiento o de medición de temperatura.

4. El armario frigorífico aislado al vacío según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sensor de temperatura (14) y el calentador (18) están colocados en el centro del espacio de aislamiento
(10, 12).

5. El armario frigorífico aislado al vacío según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ciclo de calentamiento del calentador (18) comprende una serie de pulsos de calentamiento.

6. Método para evaluar la conductividad térmica de un espacio de aislamiento (10, 12) de un armario frigorífico aislado al vacío, caracterizado porque comprende las etapas de proporcionar una cantidad predeterminada de calor al interior del espacio de aislamiento (10, 12), y medir la temperatura, próxima a la zona a la que se ha proporcionado calor, para tener una indicación de cómo disminuye la temperatura en tal zona, ya que cuanto más rápida es la disminución frente al tiempo, mayor es la conductividad térmica del espacio de aislamiento.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque se proporciona calor al interior del espacio de aislamiento con una serie de pulsos.