ITAR20070030A1 - Macchina frigorigena con sbrinatore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L’invenzione concerne una macchina frigorigena con sbrinatore rivolta alla conservazione di prodotti, atta a raffreddare un volume a temperature anche inferiori a 0° C, provvista di dispositivo attraverso cui è ostacolata la formazione di brina nel suo volume utile raffreddato.

Sono conosciute macchine frigorigene utilizzate per il contenimento di prodotti, particolarmente quelli alimentari, da conservare a temperatura inferiore a quella dell’ambiente, compreso quelle inferiori a 0° C.

Tali macchine, come i frigoriferi e i congelatori, sono realizzate in modo da funzionare secondo modalità tecniche diverse. Una di esse, operante secondo la modalità tecnica definita "Direct Cooling", comprende una camera, eventualmente divisa in più parti, delimitata da una o più superfici conduttrici di calore che operano come scambiatori di calore, quindi da un lato a contatto con il gruppo evaporatore dell’impianto frigorigeno, dall’altro a contatto dell'aria del volume da raffreddare a cui sottraggono calore. L’aria all'Interno della camera da raffreddare, a contatto dei prodotti in essa, si inumidisce e si scalda, sale verso l'alto ed in tale movimento lambisce le superfici che operano come scambiatori di calore, quindi si raffredda e nel contempo, se la temperatura di tali superfici è inferiore a quella di rugiada, deposita in forma di brina una parte dell'umidità ad essa associata.

A causa di tale circolazione e deposito, le superfici operanti come scambiatori di calore si rivestono di uno strato di brina che, man mano che cresce, riduce il coefficiente di trasmissione del calore dello scambiatore, quindi riduce la capacità di refrigerazione dell’impianto associato alla macchina. E' quindi necessario, di tanto in tanto, eseguire io sbrinamento deila macchina con gli svantaggi che ciò comporta, sia per l’intervento richiesto, sia per la caduta di strati di brina sui pavimento che rimane così bagnato, sia per il fatto che è richiesto lo spegnimento dell’impianto e quindi il mantenimento di quanto contenuto nella macchina all’esterno della stessa alla temperatura ambiente, con il pericolo di danneggiamento o deterioramento dei prodotti da conservare, oppure il loro trasferimento momentaneo in altra macchina.

Un'altra macchina frigorigena nota, funzionante secondo una diversa modalità tecnica, chiamata normalmente “no frost", comprende un volume diviso in due camere delle quali la prima è destinata alla produzione del freddo ed in essa sono concentrati gli scambiatori di calore, la seconda è destinata a contenere i prodotti da refrigerare e non contiene scambiatori di calore. Un adatto ventilatore origina una corrente d’aria che attraversa le due camere: nella prima viene raffreddata per contatto con le superfici di scambio termico, raffreddate dall'impianto di refrigerazione, nella seconda lambisce i prodotti da conservare e sottrae loro calore fino a condurli alla temperatura programmata.

L’aria circolante cede la sua umidità, sotto forma di brina, agli scambiatori di calore presenti solo nella prima camera, mentre le superfici della seconda camera sono preservate dalla formazione di brina.

La prima camera è provvista anche di gruppo riscaldatore, normalmente una resistenza elettrica, da attivare periodicamente, quando l'impianto di refrigerazione viene disattivato, per operare lo sbrinamento.

Siffatta macchina, a parità di volume globale, ha un volume utile più piccolo, risulta relativamente complessa e quindi più costosa, comporta un consumo energetico superiore e, anche in essa, durante gli intervalli di sbrinamento, la temperatura nella seconda camera, pur non interessata dalla brina, subisce un innalzamento per cui i prodotti in essa potrebbero rischiare di essere danneggiati.

E' uno scopo delia presente invenzione la realizzazione di una macchina frigorigena che risulti costruttivamente semplice e nella quale l’umidità deH’aria si raccolga in forma di brina in uno spazio molto contenuto all’interno del volume raffreddato, in modo tale che lo scambio termico di refrigerazione complessivo e la temperatura all’interno della macchina rimangano pressoché costanti nel tempo.

E' un altro scopo della invenzione la realizzazione di una macchina frigorigena nella quale l’operazione di sbrinamento possa essere eseguita senza alterare sensibilmente la temperatura nella camera refrigerata, quindi senza richiedere durante tale fase né l’estrazione dalla stessa dei prodotti in essa alloggiati, né lo spegnimento della macchina frigorigena.

E’ un altro scopo della invenzione la realizzazione di una macchina frigorigena nella quale l’operazione di sbrinamento possa essere automatizzata e/o programmata dall’utilizzatore.

Questi ed altri scopi sono raggiunti con l'oggetto della presente invenzione che si concretizza in una macchina frigorigena comprendente una camera da refrigerare, delimitata almeno per una parte da una superfìcie di scambio connessa termicamente con il gruppo evaporatore, da una sub-camera con un refrigeratore termoelettrico ad effetto Peltier provvisto di superficie di scambio termico lambita dal flusso d'aria interno alla macchina e movimentato da un ventilatore, con il detto refrigeratore termoelettrico provvisto di gruppo alimentatore e di invertitore di corrente, questo ultimo da attivare negli intervalli di sbrinamento, quindi la detta sub-camera provvista di raccoglitore dei liquidi di sbrinamento connesso con [‘esterno.

Una macchina siffatta risulta particolarmente vantaggiosa poiché è dì facile realizzazione e poiché l'introduzione de! gruppo di sbrinamento non ne altera sensibilmente sia la struttura, sia il volume utile.

E’ vantaggiosa poiché la macchina, come impianto di refrigerazione, funziona con continuità e non richiede il suo spegnimento negli intervalli di tempo in cui è eseguito lo sbrinamento.

E’ vantaggiosa poiché durante la fase di sbrinamento la temperatura all'interno della camera refrigerata, e quindi quella dei prodotti contenuti in essa, rimane pressoché invariata.

Risulta vantaggiosa poiché i prodotti dello sbrinamento, ed in particolare l’acqua derivata dallo scioglimento della brina, possono essere raccolti in un contenitore esterno, senza creare problemi di pulizia o di umidificazione del pavimento su cui è appoggiata la macchina medesima.

E' vantaggiosa poiché la brina si forma solo su una superficie limitata entro la macchina, rimanendo cosi pressoché costante nel tempo il rendimento termico della macchina medesima.

Risulta vantaggiosa poiché lo sbrinamento può essere attivato con un circuito programmato nel quale gli intervalli di sbrinamento sono stabiliti e regolati dall 'utilizzatore.

Questi ed altri vantaggi saranno facilmente compresi dalla lettura della descrizione dettagliata che segue e dagli uniti disegni schematici relativi ad una soluzione realizzativa preferita, data a solo titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la fig. 1 schematizza una macchina frigorigena corredata di gruppo di sbrinamento automatico;

- la fig. 2 è la vista laterale ingrandita della sub-camera di congelamentosbrinamento;

- la fig. 3 è la vista frontale ingrandita dello scambiatore di calore associato al refrigeratore termoelettrico ad effetto Peltier, riprodotto nella fase di condensazione;

- la fig. 4 è la vista frontale dello scambiatore di calore di fig. 3 riprodotto nella fase di liquefazione della brina in esso.

E' inteso che i disegni sono di tipo schematico e sono dati al solo scopo di facilitare la comprensione della invenzione, senza costituire per essa alcuna limitazione.

Sostanzialmente l’invenzione consiste quindi in una macchina frigorigena -quale ad esempio un frigorifero o un congelatore del tipo ad uso familiare o per negozi o rivendite di prodotti da conservare a temperatura comunque inferiore a quella dell'ambiente, compresa quella intorno alla temperatura di rugiada - nella quale l’operazione di sbrinamento, cioè l'asportazione della brina formatasi al suo interno per condensazione della umidità dell’aria presente nella camera refrigerata, avviene in modo automatico o su comando deH’operatore.

Consiste in una macchina nella quale nella camera da refrigerare 1 è presente una piccola sub-camera 2, entro la quale viene concentrata la formazione di brina, ossia il congelamento della umidità presente nell’aria penetrata nella detta camera da refrigerare durante la sua apertura e con l’introduzione in essa dei prodotti da mantenere alla temperatura prescelta,, inferiore a quella dell’ambiente. Sia la camera da refrigerare 1, sia la sub-camera 2 hanno superfici di scambio termico connesse direttamente, o tramite fluido eutettico, con il gruppo evaporatore 10 dell’impianto di refrigerazione di cui la macchina è corredata.

Detta sub-camera 2, il cui volume è normalmente molto inferiore a quello della camera da refrigerare 1, dell’ordine del centesimo e anche meno di quello della detta camera da refrigerare 1, contiene un refrigeratore termoelettrico 4 ad effetto Peltier, da un lato connesso direttamente al gruppo evaporatore 10, o connesso ad esso tramite una massa eutettica, nell'intorno del suo tratto iniziale ove la temperatura è pressoché costante, dall’altro lato combinato con una superficie 6 di congelamento-sbrinamento. Su di essa viene convogliato, da un adatto e piccolo ventilatore 3, un flusso d’aria risucchiato dalla camera da refrigerare 1 ove poi ritorna dopo aver lambito la detta superficie 6 associata al refrigeratore termoelettrico 4.

All'Interno della detta sub-camera 2 di congelamento-sbrinamento è presente anche un raccoglitore dei liquidi di sbrinamento 7 provvisto di condotto 9 con cui portarli all’esterno.

Il refrigeratore termoelettrico 4 è quindi dal lato normalmente caldo in contatto termico con una porzione, preferibilmente quella iniziale a temperatura pressoché costante, del gruppo evaporatore 10 dell’impianto frigorigeno, o con una massa eutettica refrigerata dal detto gruppo evaporatore 10, di cui la macchina è corredata, che pilota e mantiene pressoché costante la sua temperatura di lavoro. L’altro lato del detto refrigeratore termoelettrico 4, quello normalmente freddo, è connesso invece con lo scambiatore di calore ad ampia superficie 6, operante come superficie di condensazione nella fase di congelamento e come superfìcie di liquefazione nella fase di sbrinamento. Tale scambiatore di calore è normalmente una struttura metallica, o comunque in materiale ad elevata conducibilità termica. Esso è normalmente con conformazione alettata e con superficie adeguata alla brina da raccogliere in esso durante il normale funzionamento ed è destinato ad essere lambito dal flusso d’aria spinto entro la sub-camera 2 dal ventilatore 3, Durante il normale funzionamento della macchina, il lato caldo del refrigeratore termoelettrico 4 è quindi pressoché alla temperatura del tratto iniziale del gruppo evaporatore 10 con cui è a contatto, li suo lato freddo, e con esso la superficie di congelamento 6, è ad una temperatura inferiore di circa 10° C ed oltre rispetto al lato caldo e comunque inferiore alla temperatura di rugiada.

L’umidità presente nell’aria che lo lambisce subisce un brusco raffreddamento e si congela in esso sotto forma di brina 8. L’umidità media diffusa nell'aria entro la camera da refrigerare 1 della macchina viene così ridotta, ostacolando o comunque riducendo in tal modo la formazione di brina all’esterno della detta sub-camera 2, anche quando la temperatura delle superfici esterne alla subcamera 2, almeno parte delle quali operano come superfici refrigeranti, dovessero raggiungere temperature inferiori a quelle di rugiada.

Il refrigeratore termoelettrico 4 è combinato con una propria alimentazione elettrica. I suoi morsetti elettrici di ingresso, durante il normale funzionamento, hanno la polarità che rende il suo tato interno, cioè quello a contatto termico con il gruppo evaporatore 10 della macchina, a temperatura “calda". Esso è inoltre combinato con un gruppo di commutazione-regolazione A-C 5 attraverso cui viene commutata la polarità della sorgente elettrica che lo alimenta in modo che, operata tale commutazione, il suo lato interno diventi quello “freddo", quindi il suo iato esterno diventi quello "caldo", cioè si porti ad una temperatura superiore a O' C e comunque ad una temperatura sufficiente a provocare lo scioglimento della brina 8 a contatto della superficie 6 che opera, in questa fase, come superficie di sbrinamento. La temperatura della superficie 6 è variata tramite adatta regolazione delia corrente elettrica assorbita, con detta corrente che sarà regolata in funzione della macchina frigorigena in cui il trovato è applicato.

In una soluzione realizzativa il riscaldamento della superficie 6 nelle fasi di sbrinamento è ottenuto combinando detta superficie con una resistenza elettrica che viene attivata, e quindi riscaldata, negli intervalli in cui è operato lo sbrinamento.

In altra soluzione realizzativa il detto riscaldamento della superficie di sbrinamento 6 è ottenuto dall'effetto combinato di una resistenza elettrica percorsa da corrente e dalla inversione della corrente nel refrigeratore termoelettrico 4.

Lo sgocciolamento prodotto dallo scioglimento della brina ed eventualmente lo scivolamento della parte di brina rimasta solida, sotto l’azione del proprio peso, sono diretti nel raccoglitore di liquidi di sbrinamento 7.

In tali condizioni la brina 8, almeno quella a diretto contatto della superfìcie 6 che riscaldata diventa superfìcie di sbrinamento, si scioglie e scivola nel raccoglitore dei liquidi di sbrinamento 7 e, almeno la sua parte liquida è convogliata all’esterno della macchina attraverso un adatto condotto 9.

II gruppo di commutazione 5 può essere ad attivazione manuale o può essere combinato con un gruppo temporizzatore programmato, atto a pilotare per un tempo definito e ad intervalli programmati l’inversione della polarità di alimentazione del refrigeratore termoelettrico 4 negli intervalli di sbrinamento. Normalmente l’inversione delle polarità della sorgente di alimentazione del refrigeratore termoelettrico 4 determina anche l’interruzione dell’alimentazione del ventilatore 3 in modo che, nelle fasi dì sbrinamento nella sub-camera 2, l’aria sia in quiete, favorendo in tal modo lo sbrinamento medesimo,

A causa della grande differenza fra i volumi della camera da refrigerare 1 e della sub-camera di congelamento-sbrinamento 2, durante la fase di sbrinamento la temperatura nella camera da refrigerare 1 resta pressoché invariata ed I prodotti in essa non avvertono pertanto il passaggio del funzionamento della macchina dalla fase di congelamento alla fase di sbrinamento.

La superficie 6 è normalmente di tipo alettato in modo che, a parità dì volume occupato, essa sia ampia e quindi, nella fase di congelamento, favorisca il contatto con l’aria da deumidificare. Tale alesatura, o comunque la sua sagomatura, quando viene riscaldata, quindi nella fase di sbrinamento, è tale da favorire inoltre lo scivolamento della brina e delle gocce verso il raccoglitore 7.

II liquido prodotto nella fase di sbrinamento è condotto all’esterno e normalmente convogliato in un contenitore aperto 11 ubicato sopra il gruppo compressore 12 da cui riceve il calore per favorire l'evaporazione del detto liquido, affinché sia ricondotto a mescolarsi all’aria dell’ambiente in cui la macchina frigorigena alloggia.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Macchina frigorigena con sbrinatore, comprendente una camera da refrigerare (1 ) e una sub-camera (2), caratterizzata dal fatto che la camera da refrigerare (1 ) è delimitata almeno per una parte dalla superficie di scambio termico connessa con il gruppo evaporatore (10), dal fatto che la sub-camera (2) ha un volume molto inferiore a quello della camera da refrigerare (1) e che contiene un refrigeratore termoelettrico (4) ad effetto Peltier, da un lato connesso al gruppo evaporatore (10) e dall’altro alla superficie (6) di congelamento-sbrinamento, un ventilatore (3) e un raccoglitore dei liquidi di sbrinamento (7), nonché la detta sub-camera (2) caratterizzata da un gruppo di commutazione (5) con cui scambiare almeno le polarità della sorgente di alimentazione del refrigeratore termoelettrico (4).
2. 2) Macchina frigorigena, come riv. 1), caratterizzata dal fatto che il refrigeratore termoelettrico (4) da un lato è connesso termicamente con il gruppo evaporatore (10) della macchina, dall’altro lato è combinato con uno scambiatore di calore ad elevata conducibilità termica e con ampia superficie (6) operante come superfìcie di congelamento da lambire con l’aria movimentata dal gruppo ventilatore (3).
3. 3) Macchina frigorigena, come da riv. 1), caratterizzata dal fatto che il gruppo termoelettrico (4) da un lato è connesso termicamente con il tratto iniziale del gruppo evaporatore (10) direttamente e/o tramite massa eutettica.
4. 4) Macchina frigorigena, come da riv. 1 ), caratterizzata dal fatto che il refrigeratore termoelettrico (4) è combinato con una alimentazione elettrica e con un gruppo di commutazione (5) attraverso cui sono scambiate ie polarità della sorgente elettrica che lo alimenta.
5. 5) Macchina frigorigena, come da riv. 1), caratterizzata dal fatto che il refrigeratore termoelettrico (4) è alimentato con una corrente elettrica regolabile.
6. 6) Macchina frigorigena, come da riv. 1 ), caratterizzata dai fatto che il refrigeratore termoelettrico (4) è combinato con un gruppo temporizzatore programmato che opera l’inversione delle polarità di alimentazione nelle fasi di sbrinamento per intervalli e per un tempo definiti.
7. 7) Macchina frigorigena, come da riv. 1), caratterizzata dal fatto che la superficie (6) è di tipo aiettato.
8. 8) Macchina frigorigena, come da riv. 1), caratterizzata dal fatto che la superficie (6) è sagomata in modo da favorire, quando viene riscaldata, lo scivolamento della brina (8) verso il raccoglitore (7).
9. 9) Macchina frigorigena, come da riv. 1), caratterizzata dal fatto che il riscaldamento della superficie (6), quando è operato lo sbrinamento, è ottenuto dall’effetto combinato dì una resistenza elettrica percorsa da corrente e dalla inversione della corrente nel refrigeratore termoelettrico (4).