ES2348386T3

ES2348386T3 - Cabina de refrigerador aislada mediante vacio y metodo para evacuar la pared aislada estanca a gases de la misma.

Info

Publication number: ES2348386T3
Application number: ES02007372T
Authority: ES
Inventors: Luigi Martinella; Giorgio Giudici; David Kirby; Beat Stocker
Original assignee: Whirlpool Corp
Current assignee: Whirlpool Corp
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2010-12-03
Anticipated expiration: 2022-04-08
Also published as: US20030197017A1; BR0300832B1; EP1353135B1; DE60237427D1; AU2003203277B2; AU2003203277A1; US6955196B2; BR0300832A; EP1353135A1

Abstract

Una cabina de refrigerador doméstico aislada por vacío que comprende un contenedor (10) sustancialmente impermeable a los gases que está lleno de un núcleo (12) sustancialmente poroso y un contenedor (14) de almacenamiento de gas que se comunica con dicho contenedor (10) y está lleno de un material adsorbente de gases, entre el contenedor (10) y el contenedor (14) de almacenamiento de gases se disponen medios (18) de válvula adaptados para cerrar la comunicación entre el contenedor (10) y el contenedor (14) de almacenamiento de gases, caracterizada porque se proporcionan medios (24, 28) de calentamiento para calentar el contenedor (14) de almacenamiento de gas para evacuar gases cuando dicho medio (18) de válvula está cerrado.

Description

La presente invención se refiere a una cabina de refrigerador aislada mediante vacío que comprende un contenedor sustancialmente impermeable al gas que se llena con un núcleo sustancialmente poroso y un contenedor de almacenamiento de gas que se comunica con dicho contenedor y está lleno de un material adsorbente de gas. Una cabina de refrigerador aislada por vacío de 5 este tipo se describe en EP-A-860669.

Por el término “frigorífico” hacemos referencia a cualquier tipo de electrodoméstico en el que la temperatura interior es menor que la temperatura del recinto, es decir, refrigeradores domésticos, congeladores verticales, arcones congeladores o similares. 10

Son bien conocidas en el campo de la refrigeración las buenas capacidades de aislamiento de diferentes materiales de aislamiento por vacío (fibra, espuma o basadas en polvos), las cuales han mejorado significativamente en la última década. A pesar de estas mejoras y la demanda creciente de un consumo eléctrico reducido, aún no ha comenzado una 15 producción industrial de refrigeradores aislados por vacío para uso doméstico privado, aunque se ha invertido mucho trabajo de desarrollo.

El principal problema es mantener el vacío durante intervalos de tiempo de 10-15 años (vida útil normal de un electrodoméstico) sin aumentar demasiado el coste de producción del producto. Mientras que el método 20 tradicional, que consiste en soldar estructuras "impermeables al vacío" (principalmente de acero inoxidable), es muy caro (tanto el proceso como especialmente el coste de los materiales), las cabinas de refrigerador producidas con el sistema más económico que emplea revestimientos plásticos (con o sin camisa anti-difusión) tienen una vida útil limitada y por tanto no están 25 aún en producción. La solución describa en el documento EP-A-860669 mencionado anteriormente no garantiza niveles de presión bajos en el contenedor impermeable al gas para toda la vida útil del refrigerador. La solución alternativa de proporcionar un refrigerador con una bomba de vacío funcionando casi en continuo, como se muestra en EP-A-587546, aumenta 30 excesivamente el consumo energético total del refrigerador (en otras palabras, lo que se ahorra en términos de disminución de la transferencia de calor a

través de la pared del refrigerador se pierde en accionar la bomba de vacío). Este modo conocido de mantener un vacío en la pared de una cabina de refrigerador emplea una bomba para recuperar periódicamente el vacío requerido que puede haberse degradado por la salida de gases y vapor de agua. Bombas mecánicas pequeñas y de bajo coste no serán capaces de 5 alcanzar los niveles de vacío requeridos para conseguir unos valores de aislamiento aceptables. Las bombas mecánicas pequeñas y de bajo coste pueden evacuar hasta un rango de 20 a 200 mbar bastante rápidamente. Sin embargo, la mayoría de rellenos por vacío requieren vacíos por debajo de este rango. Algunos rellenos de espuma de celdas abiertas requieren un vacío 10 inferior a 0,1 mbar para conseguir la clase de conductividades térmicas deseadas.

Un objeto de esta invención es proporcionar una cabina de refrigerador del tipo descrito que mantenga ampliamente el nivel de presión baja y por tanto la capacidad del aislamiento de estructuras metálicas, pero con una reducción 15 significativa del coste total del electrodoméstico. Es más, estos buenos resultados se obtienen con una disminución del consumo energético global del electrodoméstico.

La presente invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas, describe cómo mantener la baja presión y hermeticidad del vacío con un diseño 20 adecuado y un método de evacuación de coste rentable.

De acuerdo con la presente invención, una cabina aislada por vacío para un refrigerador puede disminuir los costes energéticos significativamente. De acuerdo con una primera realización de la presente invención, se proporciona un diseño de un nuevo sistema de evacuación que puede conseguir los niveles 25 deseados de vacío sin gastar demasiada energía. Para alcanzar las bajas presiones, dicha realización utiliza una etapa de adsorción donde se utiliza un contenedor de almacenamiento de gas conectado, por un lado, al aislamiento y, por el otro lado, a la atmósfera. Se disponen medios de válvula automáticos que pueden cerrar/abrir el conducto entre la etapa de adsorción y el 30 aislamiento, y entre la etapa de aislamiento y la atmósfera respectivamente, de acuerdo con un ciclo predeterminado.

De acuerdo con una segunda realización de la invención, se utiliza un sistema de evacuación multi etapa, donde una porción del sistema de evacuación corriente abajo del contenedor de almacenamiento de gas puede ser una etapa mecánica o una segunda etapa de adsorción auxiliar. En el primer caso, la etapa de adsorción está conectada en serie con una bomba 5 mecánica de modo que ambas pueden desarrollar el vacío requerido según un método aditivo. Es ventajoso conectar el contenedor de almacenamiento de gas inmediatamente al relleno de aislamiento. De este modo, la etapa de adsorción "bombeará” el relleno de aislamiento casi continuamente y no requerirá energía adicional. El ciclo de adsorción se completa calentando a una 10 temperatura donde produce una presión por encima de la presión de admisión mínima admisible de la bomba mecánica. El contenedor de almacenamiento de gas de la etapa de adsorción puede ser tan simple como un cilindro lleno de absorbentes físicos como tamices moleculares, sílica gel, carbón activado, alúminas, aluminosilicatos, y otros absorbentes del mismo tipo. 15

La etapa de bomba mecánica comenzará a bombear cuando la presión de la etapa de adsorción calentada alcance la presión mínima de admisión utilizable de la bomba mecánica. La bomba mecánica evacuará la etapa de adsorción para extraer la mayor parte del gas (aire, agua, vapor, etc.) que fue previamente adsorbida por el contenedor de almacenamiento de gases. La 20 cabina de refrigerador estará diseñada de modo que la etapa de bombeo mecánico se utilizará en raras ocasiones, con el objeto de consumir la mínima cantidad de energía posible.

Cuando se utiliza una segunda etapa de adsorción en lugar de la bomba de vacío mecánica, ambas porciones del sistema de evacuación son etapas de 25 adsorción físicas en serie. Junto con la adsorción de materiales en los contenedores de almacenamiento de gas donde se lleva a cabo la etapa de adsorción/desorción, es posible utilizar adsorbentes químicos como el CaO (utilizado para adsorber agua). Estos adsorbentes químicos se pueden mezclar con adsorbentes físicos para adsorber gases residuales (vapor de agua, 30 hidrógeno). Incluso si la sorción de los desgaseadores químicos es en la

práctica irreversible, su uso puede garantizar un mejor comportamiento en términos de nivel de vacío dentro del contenedor impermeable a los gases.

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

: - La figura 1 es una vista esquemática de una porción de una cabina 5 de refrigerador por vacío de acuerdo con una primera realización de la primera invención;

: - La figura 2 es una vista similar a la de la figura 1 que muestra una segunda realización de la presente invención; y

: - La figura 3 es una vista similar a la figura 2 que muestra una versión 10 diferente de la segunda realización de la presente invención.

Haciendo referencia a la figura 1, una cabina de refrigerador comprende una pared 10 doble aislada que comprende dos paredes 10a y 10b impermeables a los gases llenas con un material 12 de aislamiento que se puede extraer. El material 12 de aislamiento puede ser un polvo inorgánico 15 como la sílica y la alúmina, fibras inorgánicas y orgánicas, un objeto de espuma inyectada de estructura de celda abierta o semi-abierta como una espuma de poliuretano, o una espuma de poliestireno de celda abierta extruída como una plancha y montada en la cabina. El material 12 de aislamiento se conecta a un contenedor 14 de almacenamiento de gas en el que se lleva a cabo una etapa 20 de adsorción. Las válvulas 18 y 20 de aislamiento se dispondrán entre la cabina y la etapa 14 de adsorción y entre la etapa 14 de adsorción y la atmósfera respectivamente. Durante una mayor parte del tiempo de funcionamiento del refrigerador, sólo la válvula 18 permanecerá abierta para evacuar continuamente el aislamiento 12 de la cabina. Cuando la capacidad del 25 aislamiento es menor que un nivel predeterminado (medida, por ejemplo, a través de una medida/evaluación de la conductividad térmica, la presión o el “tiempo de caída”, es decir, el tiempo en el que la temperatura dentro de la cabina de refrigerador disminuya o aumente hasta un valor predeterminado después de apagar o encender el compresor respectrivamente), que indica que 30 su presión es demasiado alta, la válvula 18 se cierra y se activa un calentador 24 para la etapa 14 de adsorción. Cuando la presión interior de la etapa 14 de

adsorción calentada sobrepasa la presión atmosférica, se abre la válvula 20. El calentamiento continua hasta que se ha evacuado la mayor parte del aire y vapor de agua adsorbidos de la etapa 14 de adsorción. En este punto, la válvula 20 se cierra, el calentador 24 de la etapa 14 de adsorción se apaga, y la válvula 18 se reabre. El ciclo comienza entonces cuando el nivel de vacío en la 5 pared 10 doble ya no es satisfactorio en términos de propiedades de aislamiento.

De acuerdo con una segunda realización de la invención (mostrada en la figura 2), en la que se utilizan los mismos números de referencia que en la figura 1 para indicar elementos similares o idénticos, el contenedor 14 de 10 almacenamiento de gas también está conectado a una bomba 16 mecánica de vacío que es controlada por el control electrónico del refrigerador (no mostrado).

En esta realización, la válvula 20 se sitúa entre la etapa 14 de adsorción y la bomba 16 mecánica. Se puede insertar una válvula 22 opcional entre la 15 etapa 16 de bomba mecánica y la atmósfera. Durante una mayor parte del tiempo de funcionamiento del refrigerador, sólo la válvula 18 permanecerá abierta, para evacuar continuamente el aislamiento 12 de la cabina.

Cuando el aislamiento alcanza una capacidad baja en términos de conductividad térmica, que indica que su presión es demasiado alta, la válvula 20 18 se cierra y el calentador 24 para la etapa 14 de adsorción se activa. Cuando la presión interior de la etapa 14 de adsorción alcanza el punto en que la bomba 16 mecánica la puede evacuar, entonces la válvula se abre y se activa la bomba 16 de vacío. La bomba 16 de vacío continua hasta que ha evacuado la mayor parte del aire, vapor de agua y otros gases adsorbidos de la etapa 14 25 de adsorción. En este punto, la etapa 14 de adsorción se apaga, la válvula 20 se cierra, la bomba se detiene y se reabre la válvula 18. El ciclo entonces vuelve a comenzar cuando el nivel de conductividad térmica en la pared 10 es mayor que un valor predeterminado. Todas las válvulas 18, 20 y 22, junto con el motor de la bomba 16 de vacío, están conectadas a la unidad de control 30 electrónico del refrigerador, que también está conectada a un sensor (no mostrado) que detecta cuando el ciclo debe recomenzar. La disposición de la

bomba 16 de vacío corriente abajo de la etapa 14 de adsorción no requiere el uso de bombas especiales para rangos de presión de operación muy bajos, reduciendo así el coste global del electrodoméstico.

De acuerdo con una versión diferente de la segunda realización mostrada en la figura 3, las ventajas de dos etapas en serie se obtienen sin el 5 uso de una bomba de vacío. De hecho, es bien conocido que estas pequeñas bombas de vacío son propensas a fallar y pueden ser bastante ruidosas. La realización mostrada en la figura 3 de la presente invención hace uso de un sistema de evacuación de dos etapas físico químicas que puede conseguir los niveles deseados de vacío sin las desventajas de las bombas mecánicas. 10

Con referencia a la figura 3 (donde se utilizan los mismos números de referencia de la figura 2 para indicar componentes similares o idénticos), la bomba de vacío mecánica corriente abajo del contenedor 14 de almacenamiento de gas se sustituye por un contenedor 26 de almacenamiento de gas auxiliar lleno con un adsorbente físico. La función del sistema es 15 bastante similar a la primera realización, donde se conectan dos etapas de adsorción en serie en lugar de una única etapa. Aire, vapor de agua y otros gases son primero absorbidos a bajas presiones en el contenedor 14 de almacenamiento de gas y luego se evacuan intermitentemente en el contenedor 26 de almacenamiento de gas auxiliar, que opera en un rango de 20 presión más alto y puede ser fácilmente vaciado a presión atmosférica. La ventaja de este sistema, en comparación con la primera realización en la que sólo se utiliza una etapa de adsorción, es que se pueden utilizar temperaturas mucho menores para la regeneración del material de adsorción. También en esta realización, se disponen las válvulas de aislamiento entre la cabina y la 25 etapa 14 de adsorción (válvula 18), entre la etapa 14 de adsorción y la etapa 26 auxiliar de adsorción (válvula 20), y entre la etapa 26 de adsorción auxiliar y la atmósfera (válvula 22a). La válvula 22a es necesaria para evitar la re-adsorción de aire y humedad del ambiente cuando el calentador 28 se apaga y se deja que el contenedor de almacenamiento de gas o absorbedor 26 se enfríe. 30 Durante una mayor parte del tiempo de funcionamiento del refrigerador, la válvula 18 permanecerá abierta para evacuar de forma continua el aislamiento

de la cabina. Cuando el aislamiento 12 alcance una conductividad térmica que indique que su presión es demasiado alta, la válvula 18 se cierra y el calentador 24 para la etapa 14 de adsorción se activa. Cuando la presión interior de la etapa 14 de adsorción alcanza el punto en que la etapa 26 de adsorción auxiliar la puede evacuar, entonces la válvula 20 se abre. La etapa 5 26 de adsorción auxiliar de enfriamiento continúa hasta que ha extraído la mayor parte del aire y vapor de agua de la etapa 14 de adsorción calentada. En este punto, el calentador 24 de la etapa 14 de adsorción se apaga, la válvula 20 se cierra y la válvula 18 se vuelve a abrir. El ciclo continua abriendo la válvula 22a, calentando la etapa 26 auxiliar de calentamiento por medio de un 10 calentador 28 hasta que se haya vaciado de aire, vapor de agua y otros gases residuales a través de la válvula 22a. La válvula 22a se cierra entonces para evitar la re-adsorción de aire y vapor de agua de la atmósfera.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una cabina de refrigerador doméstico aislada por vacío que comprende un contenedor (10) sustancialmente impermeable a los gases que está lleno de un núcleo (12) sustancialmente poroso y un contenedor (14) de almacenamiento de gas que se comunica con dicho contenedor (10) y está 5 lleno de un material adsorbente de gases, entre el contenedor (10) y el contenedor (14) de almacenamiento de gases se disponen medios (18) de válvula adaptados para cerrar la comunicación entre el contenedor (10) y el contenedor (14) de almacenamiento de gases, caracterizada porque se proporcionan medios (24, 28) de calentamiento para calentar el contenedor 10 (14) de almacenamiento de gas para evacuar gases cuando dicho medio (18) de válvula está cerrado.
2. Una cabina de refrigerador doméstico aislada mediante vacío de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el contenedor (14) de almacenamiento de gases se comunica, a través de un segundo medio (20) de 15 válvula, con una bomba (16) de vacío adaptada para ayudar a la evacuación del contenedor (14) de almacenamiento de gases.
3. Una cabina de refrigerador doméstico aislada mediante vacío de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el contenedor (14) de almacenamiento de gases se comunica, a través de un segundo medio (20) de 20 válvula, con un contenedor (26) de almacenamiento de gas auxiliar adaptado para ayudar a la evacuación del contenedor (14) de almacenamiento de gas.
4. Una cabina de refrigerador doméstico aislada mediante vacío de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el contenedor (26) de almacenamiento de gas auxiliar está dotado de medios (28) de calentamiento 25 auxiliares.
5. Una cabina de refrigerador doméstico aislada mediante vacío, caracterizada porque el contenedor (26) de almacenamiento de gas auxiliar se comunica con la atmósfera a través de unos terceros medios (22a) de válvula. 30
6. Una cabina de refrigerador doméstico aislada mediante vacío de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque el medio (18) de válvula,

el segundo medio (20) de válvula, el tercer medio (22a) de válvula, la bomba (16) de vacío, los medios (24) de calentamiento y los medios (28) auxiliares de calentamiento están todos conectados a una unidad central de procesamiento de la cabina de refrigerador para llevar a cabo un ciclo predeterminado.
7. Método para evacuar un contenedor (10) sustancialmente impermeable 5 a los gases de una cabina de refrigerador doméstico aislada mediante vacío que está llena de un núcleo (12) sustancialmente poroso y se comunica con un contenedor (14) de almacenamiento de gas lleno con un material adsorbente de gases, caracterizado porque comprende los pasos de cerrar la comunicación entre el contenedor (10) y el contenedor (14) de almacenamiento 10 de gas y calentar el contenedor (14) de almacenamiento de gas para desorber gases de dicho contenedor de almacenamiento de gas.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque además comprende, después del paso de cerrar la comunicación entre el contenedor (10) y el contenedor (14) de almacenamiento de gas, el paso de 15 abrir la comunicación entre el contenedor (14) de almacenamiento de gas y una bomba (16) de vacío adaptada para ayudar a evacuar el contenedor (14) de almacenamiento de gas.
9. Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque además comprende, después del paso de cerrar la comunicación entre el 20 contenedor (10) y el contenedor (14) de almacenamiento de gas, el paso de abrir la comunicación entre el contenedor (14) de almacenamiento de gases y un contenedor (26) de almacenamiento de gas auxiliar adaptado para ayudar a evacuar el contenedor (14) de almacenamiento de gas.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque 25 además comprende, después del paso de calentar el contenedor (14) de almacenamiento de gas, el paso de cerrar la comunicación entre el contenedor (14) de almacenamiento de gas y el contenedor (26) de almacenamiento de gas auxiliar y el paso de calentar dicho contenedor (26) de almacenamiento de gas auxiliar para desorber gases del mismo. 30