ITBA20110069A1 - Accoppiamento di un generatore a microonde a refrigeratori domestici ad assorbimento - Google Patents

Description

Accoppiamento di un generatore a microonde a refrigeratori domestici ad assorbimento

DESCRIZIONE

Forma oggetto del presente trovato una modifica sostanziale delle modalità di fornitura di energia termica a refrigeratori ad assorbimento (ad esempio a un sistema a diffusione DAR laddove con DAR si intende “Diffusion Absorption Refrigerator” - “Refrigeratore ad assorbimento a diffusione”) con l'intento di produrre un rapido e intenso abbattimento di temperatura utile per un raffreddamento a richiesta di bevande, derrate alimentari o di corpi liquidi/solidi o gassosi che ne abbiano, per un qualche motivo, bisogno.

I refrigeratori ad assorbimento si alimentano con energia termica a medio-alta temperatura per sottrarre energia termica a una sorgente a bassa temperatura. La fornitura di energia termica per frigoriferi ad assorbimento di utilizzo domestico è attualmente fornita per via di una o più resistenze elettriche o per via della combustione di un combustibile. Ai sistemi tradizionali di fornitura dell'energia termica si può sostituire un generatore di microonde che consente, se opportunamente utilizzato, il riscaldamento di corpi o liquidi ben individuati con grande vantaggio in termini di economia e rapidità.

II sistema DAR è un particolare ciclo ad assorbimento a circolazione naturale che utilizza la soluzione acqua/ammoniaca come fluido di lavoro e che ben si presta a vedere sostituite le tradizionali modalità di fornitura di energia termica con il generatore a microonde. Il DAR si caratterizza per l'assenza di dispositivi meccanici di movimentazione e risolve uno dei principali svantaggi all'utilizzo della miscela acqua/ammoniaca e, cioè, la presenza di alti differenziali di pressione tra condensatore ed evaporatore con il ricorso a un gas ausiliario. Platen e Munters, nel brevetto statunitense US 1685764, descrissero un ciclo a diffusione che utilizzava un gas ausiliario (idrogeno o elio) che circolava in corrispondenza di evaporatore e assorbitore con il compito di eliminare completamente il differenziale di pressione. Il tutto si basava sulle conseguenze della legge di Dalton delle pressioni parziali.

Il componente del DAR che consente la circolazione del fluido è la pompa termica che, attraversata dalla miscela, riceve energia termica e instaura una circolazione per effetto delle forze di galleggiamento e della convezione naturale. L'energia fornita alla pompa termica per azionarsi costituisce l'unica “spesa” in termini energetici che permette il funzionamento del ciclo.

Allo stato attuale della tecnica risultano essere state proposte alcune modifiche alle componenti del sistema originariamente proposto da Platen e Munters. Ad esempio sono state migliorate le prestazioni della pompa termica ed è stata dimostrata sperimentalmente la maggiore efficienza ottenuta impiegando elio piuttosto che idrogeno come gas ausiliario.

Scopo del trovato oggetto della presente invenzione è migliorare la fruibilità e la efficacia di funzionamento di un refrigeratore ad assorbimento (ad esempio di un sistema a diffusione DAR) mediante il suo accoppiamento con un generatore azionato da un fascio a microonde, che fornisca l'energia termica di attivazione del ciclo termodinamico.

Ulteriore scopo del trovato oggetto della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo, mediante la realizzazione del ciclo termodinamico descritto più in dettaglio in seguito, il quale consenta un rapido ed intenso raffreddamento a richiesta di bevande, derrate alimentari o di corpi liquidi/solidi o gassosi che ne abbiano, per un qualche motivo, bisogno.

Questi e altri aspetti di vantaggio della sostituzione della fornitura di energia termica saranno trattati nel corso della descrizione dettagliata deH'invenzione, in cui si farà riferimento ad alcuni esempi di realizzazione preferenziali del presente trovato assolutamente non limitativi, che faranno riferimento alle seguenti figure:

• la fig. 1 mostra schematicamente un sistema ad assorbimento a diffusione (DAR) secondo l’arte nota;

· la fig. 2 mostra schematicamente un sistema ad assorbimento a diffusione (DAR) accoppiato a un generatore a microonde;

In fig. 1 è illustrato il ciclo ad assorbimento a circolazione naturale DAR secondo l’arte nota (Platen e Munters), nel quale, insieme ai fluidi di lavoro, si impiega un gas ausiliario circolante in corrispondenza di evaporatore 4 ed assorbitore 6. Sempre con riferimento alla fig. 1, il vapore di ammoniaca (refrigerante) 11 è separato dalla soluzione ricca 12 per mezzo della potenza termica QHfornita in corrispondenza del tratto ascendente e risale attraverso il capillare della pompa termica 1 verso il rettificatore 2. Nella risalita trascina con sé anche la soluzione povera 13 allo stato liquido. Quest 'ultima, all 'uscita di tale capillare, si separa (anche se non completamente) dal vapore. La pressoché completa separazione della soluzione povera 13 avviene all'altezza del rettificatore 2 dove, avviene la cessione della potenza Qì rverso l'esterno. Il refrigerante (quasi integralmente ammoniaca) attraversa poi il condensatore 3 dove cede la potenza termica Ql c. La frazione che qui diviene liquida 16 viene convogliata all’ evaporatore 4; il vapore residuo è, invece, inviato direttamente al serbatoio di accumulo 5 senza produrre alcun effetto frigorifero. Prima di giungere all’evaporatore 4, tuttavia, il refrigerante allo stato liquido percorre un tratto di tubazione parallelo e in contatto con la tubazione in uscita dall'evaporatore e scambia calore con il vapore uscente da questo per raggiungere un certo grado di sottoraffreddamento. All’ingresso dell’ evaporatore 4, l’ammoniaca sottoraffreddata 14 incontra l’idrogeno (o l’elio) 15 che, proveniente dall’assorbitore 6 e avendo attraversato lo il tubo interno all'evaporatore , ne abbatte la pressione formando con essa una miscela (la pressione totale della miscela ammoniaca/gas ausiliario è identica a quella regnante in tutto il circuito, ma la pressione parziale deH'ammoniaca è inferiore).

Dopo avere ceduto la potenza QL(che costituisce l'effetto frigorifero del ciclo) all'evaporatore 4, la miscela ammoniaca/gas ausiliario ne esce attraversando il tubo esterno dell'evaporatore (al termine 7 della sua estensione dove la miscela è integralmente allo stato gassoso) e raggiunge il serbatoio d’accumulo 5 tramite il tratto verticale 17. Da qui risale nell’ assorbitore 6 dove incontra la miscela povera liquida 13 proveniente dallo scambiatore 8 delle soluzioni liquide e dove ha luogo il processo di assorbimento delfammoniaca precedentemente separata, nella soluzione povera. Il processo di assorbimento non coinvolge il gas ausiliario che quindi, separandosi dal vapore di ammoniaca 14, prosegue il suo percorso nuovamente verso il condotto centrale in 7 e poi nell'evaporatore 4 come precedentemente indicato. Il processo di assorbimento che avviene per il contatto tra la miscela povera e rammoniaca in 6 con la cessione di una potenza termica

Qiaall'esterno produce l'arricchimento della miscela che, ricostituitasi nelle originarie proporzioni tra ammoniaca e acqua 12, si accumula nel serbatoio 5. Da qui viene prelevata per essere inviata alla pompa termica 1 dove viene nuovamente riscaldata per ottenere la separazione del refrigerante (l'ammoniaca) con la fornitura della potenza termica QH. Qui il ciclo ha termine e ne ricomincia un altro.

La modifica innovativa oggetto della presente invenzione, che si applica al ciclo DAR, come illustrato e noto allo stato della tecnica, è descritta schematicamente in fig. 2. Solitamente nei cicli DAR della tecnica nota la pompa termica 1 è alimentata o tramite combustione di metano o tramite una resistenza elettrica. Nel caso della presente invenzione, il "motore termico" della suddetta pompa termica 1, anziché essere azionato con le modalità tradizionali precedentemente citate, è alimentato da un generatore di microonde 9 che investe di energia l’acqua della soluzione contenuta nel serbatoio 10 mettendone in agitazione alla propria frequenza le molecole. L'energia catturata dalle molecole d'acqua ne innalza la temperatura e ciò determina l'efficiente innalzamento della temperatura dell'intera miscela. La restante parte del sistema è assolutamente analoga a quella precedentemente descritta nel caso del ciclo DAR ad assorbimento tradizionale, laddove la pompa termica 1 è alimentata a combustione di metano oppure a resistenza elettrica. Tutte le restanti componenti del sistema restano le stesse: è previsto l’impiego di almeno: un rettificatore 2, un condensatore 3, un evaporatore 4, un serbatoio di accumulo 5, un assorbitore 6, uno scambiatore dei gas 7, uno scambiatore delle soluzioni liquide 8.

II vantaggio dell'utilizzo del generatore a microonde consta principalmente nella maggiore densità di energia (J/m<3>) fornita alla miscela ricca nella fase di riscaldamento, cosa che riduce fortemente i tempi di messa a regime della macchina frigorifera, cioè il raggiungimento delle condizioni di bassa temperatura all'evaporatore. Qui è allora possibile raccogliere l'effetto utile per il raffreddamento veloce ed esclusivo di una bevanda o di una derrata alimentare o di un corpo qualsiasi liquido, solido o gassoso che necessiti di un abbattimento di temperatura.

A questo si aggiunge il fatto di poter riscaldare velocemente una massa di soluzione che può ridursi il più possibile limitando le dispersioni termiche dovute allo scambio termico per conduzione attraverso le pareti della pompa termica 1 e per convezione tra le pareti e il fluido e tra il fluido stesso quando di utilizzano i metodi tradizionali. La propagazione di un fascio polarizzato di onde elettromagnetiche (di lunghezza d’onda pari a circa 21.1 cm) coinvolge, eccitandole, la totalità delle molecole d’acqua contenute nel recipiente 10. Ciò riduce il fattore di ricircolo della soluzione (inteso come valore di soluzione circolante per unità di vapore di refrigerante prodotta) poiché viene esclusa Γ esistenza di zone di ristagno in prossimità del generatore.

L'utilizzo della miscela acqua/ammoniaca non esclude il raggiungimento di temperature molto sotto gli 0°C, circostanza che incrementa le possibilità di ridotti tempi di raffreddamento. Inoltre alle attuali potenze di un Magnetron tradizionale (intorno agli 800 W) è possibile fornire alla soluzione, a parità di dimensioni del generatore, livelli di energia termica sensibilmente superiori rispetto a quelli in uso nei sistemi DAR a pompa termica azionata da resistenza elettrica o bruciatore a metano. Tutto ciò senza dover necessariamente prevedere un aumento delle temperature raggiunte nello stesso componente. Questo implica esclusivamente una variazione di portata massica del refrigerante prodotto (e, quindi, della potenza scambiata all’evaporatore) proporzionale all’aumento di potenza al generatore.

Ulteriore vantaggio è quello di poter realizzare, mediante l’applicazione di quanto detto finora, un dispositivo “domestico” alla stregua di tanti altri già noti allo stato della tecnica, come ad esempio un forno a microonde. Infatti, implementando lo schema costruttivo di fig. 2, è possibile ottenere un’applicazione che consentirebbe di ottenere un facile e rapido raffreddamento solo quando vi è una reale necessità e, quindi, la sua accensione (nonché spegnimento) avverrebbe solo al momento della necessità di raffreddamento di bevande, derrate alimentari, corpi liquidi, solidi o gassosi. La funzione di tale dispositivo risulterebbe, quindi, del tutto analoga a quella del forno a microonde il quale è un elettrodomestico la cui accensione (o spegnimento) avviene aH'occorrenza quando vi è la reale necessità. Così non accade per i refrigeratori tradizionali noti allo stato della tecnica, i quali necessitano di essere sempre operativi per produrre l'effetto frigorifero desiderato, a causa di alcuni componenti del sistema (ad esempio il compressore).

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema a diffusione DAR per la refrigerazione comprendente almeno un fluido di lavoro, almeno un gas ausiliario, una pompa termica (1), un evaporatore (3), un condensatore (4), un assorbitore (7), una pluralità di mezzi per lo scambio termico caratterizzato dal fatto che detta pompa termica (1) è alimentata da un generatore a microonde (9).
2. 2) Sistema a diffusione DAR secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto generatore azionato a microonde (9) agisce sul recipiente di accumulo (10) della miscela di lavoro trasferendo ad essa energia termica e attivando la pompa termica (1).
3. 3) Sistema a diffusione DAR secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto fluido di lavoro è costituito da una miscela di acqua e ammoniaca.
4. 4) Sistema a diffusione DAR secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto gas ausiliario è costituito da un gas inerte non reagente con il fluido di lavoro del ciclo.