PT838013E - Ebulidor-absorvedor com sorvete solido, processo para a sua fabricacao e dispositivo frigorifico que o utiliza. - Google Patents

Description

Descrição “Ebulidor-absorvedor com sorvente sólido, processo para a sua fabricação e dispositivo frigorífico que o utiliza” A invenção refere-se a um processo para a fabricação de uma unidade que contém uma substância activa sólida, que pode ser utilizada para a produção de frio, compreendendo a unidade assim obtida e um dispositivo frigorígeno, pelo menos uma tal unidade.

Conhecem-se numerosos sistemas de produção de frio baseados na reacção de uma substância sólida activa, tal como um sal metálico, com um gás, tal como amoníaco, ou então na adsorção de um gás, tal como gás carbónico ou amoníaco, previamente adsorvido e/ou absorvido numa substância sólida, tal como carvão activo, fibras de carbono activas, zeólitos, grafite expandida, etc.

Nas realizações práticas destes sistemas, a substância activa sólida é em geral colocada, no estado mais ou menos compactada, num recipiente ou espaço fechado metálico, ligado por uma conduta aos outros componentes do sistema. Em funcionamento, as frigorias produzidas na substância activa são transmitidas, em primeiro lugar, para o recipiente e depois, deste, para o fluido (por exemplo ar) a arrefecer, por elementos de permuta de calor, tais como alhetas metálicas, montadas no recipiente. Este género de estruturas é termicamente muito pouco eficaz, porque a transferência das frigorias da substância activa para o recipiente se faz mal, como consequência de um contacto físico medíocre entre a superfície interior do recipiente e a substância activa que ele contém. Há pois a necessidade de uma unidade que contenha uma substância sólida activa utilizável para a produção de frio, com maior eficácia. 2 É conhecida do documento WO 94/23 253, uma unidade que compreende um corpo de substância activa sólida utilizável para a produção de frio, e um recipiente que suporta a pressão, provido de meios de ligação, que contém o referido corpo, bem como um processo de fabricação de uma tal unidade, que consiste em formar primeiramente o recipiente e enchê-lo depois com a substância activa. O documento FR-A-1 356 673 divulga um processo para a fabricação de um motor de roquete, no qual se forma um recipiente directamente sobre o corpo de combustível pré--moldado. A presente invenção visa em especial proporcionar um processo para a fabricação de uma tal unidade aperfeiçoada. A invenção baseia-se no conceito que consiste em formar o recipiente directamente em tomo da matéria activa, em vez de formar primeiramente o recipiente e enchê-lo em seguida com a substância activa.

Mais precisamente, a invenção refere-se a um processo para a fabricação de uma unidade que compreende um recipiente que retém a pressão, provido de pelo menos um orifício de ligação, e uma substância activa sólida, utilizável na produção de frio, contida no referido recipiente, caracterizado por se formar o recipiente directamente num corpo de substância activa pré-moldado, sendo o referido recipiente feito de uma substância com uma condutividade térmica maior que 18W/m.°K. O recipiente pode ser realizado por diversas técnicas, tais como a encapsulagem mas, de preferência, é formado pelas técnicas do enrolamento filamentar. A técnica do enrolamento filamentar é bem conhecida e foi desenvolvida, há 3 3

mais de 20 anos, pela NASA. Esta técnica é usada correntemente para produzir diversos produtos, tais como garrafas de ar comprimido para mergulhadores, ou tubos. Esta técnica consiste em enrolar em tomo de um molde que constitui um mandril, um filamento ou fita contínuos, por exemplo de fibra de vidro, de fibra de carbono, de fibra de aramida, de fibra cerâmica ou de fibra metálica, usualmente pré-impregnada de um aglomerante apropriado, tal como uma resina do estado B endurecível, por exemplo uma resina de poliéster, uma resina epóxi, uma resina de poliamida, uma resina de silicone ou uma resina fenólica e depois, uma vez terminado o enrolamento, endurecer a resina para formar o produto desejado. Em variante, o filamento pode ser revestido com uma resina endurecível, precisamente antes do seu enrolamento no mandril ou então podemos ainda enrolar um filamento “seco” e impregnar sob pressão o produto resultante, com resina aglomerante e, finalmente, endurecer a resina. Uma outra variante consiste em utilizar uma resina termoplástica, caso em que a consolidação do produto exige a aplicação de calor e pressão. O enrolamento pode ser do tipo circular, polar ou helicoidal, ou combinar dois ou vários destes tipos.

Estão publicados numerosos artigos e patentes que tratam do enrolamento filamentar, disponíveis na literatura, havendo no comércio diversas máquinas e materiais para o realizar. Portanto não parece ser necessário descrever aqui com mais pormenor essa técnica.

No entanto, para os fins da presente invenção, convém escolher um par filamento/aglomerante que forme um material compósito com uma boa condutividade térmica, designadamente maior que 18 W/m.°K, correspondendo este valor mais ou menos à condutividade térmica do aço. 4

Para alcançar este objectivo, podemos por exemplo utilizar um filamento de carbono ou de metal, de preferência de carbono, e uma resina aglomerante endurecível, com carga de partículas ou palhetas metálicas, por exemplo de alumínio, ou de carbono ou grafite. Prefere-se todavia utilizar um aglomerante todo carbonado.

Como se indicou atrás, uma das particularidades originais da invenção reside na formação do recipiente directamente em tomo de um corpo previamente moldado, de substância activa sólida. No caso de o reservatório ser realizado pela técnica preferida do enrolamento filamentar, o referido corpo pré-moldado serve de mandril que recebe o filamento durante o enrolamento deste último. O corpo pré-moldado pode ser feito de qualquer substância sólida, reactiva ou adsorvente, utilizada num sistema de produção de frio. São exemplos de substâncias sólidas adsorventes a grafite expandida, o carvão activo, fibras de cabomo activadas, zeólitos, etc. São exemplos de substâncias sólidas reactivas halogenetos metálicos, tais como o cloreto de bário, o cloreto de manganês, o cloreto de níquel e o cloreto de cálcio; carbonatos, sulfatos e nitratos de metais, óxidos, etc., considerados isoladamente, ou misturas dos mesmos, ou misturas com uma substância activadora, tal como grafite expandida, recomprimida ou não.

Estas substâncias activas podem adsorver, ou reagir com um gás ou um vapor, por exemplo amoníaco, aminas, metanol, etanol, gás carbónico, anidridos sulfuroso e sulfúnco, etc.

Podem encontrar-se exemplos de substâncias activas e sistemas de produção de frio nas patentes FR-A-2 626 496, FR-A-2 642 509, EP-A1-0 129 473, WO-A-91/15 292, entre outras.

O corpo de substância activa deve, como é evidente, apresentar uma coesão suficiente para suportar o processo de enrolamento. Podem utilizar-se diversos aglomerantes para este efeito, mas verificou-se que a grafite expandida recomprimida, como é descrita na patente EP-A-0 129 473, constituía um aglomerante excelente, que favorece além disso a reacção matéria activa/gás. O enrolamento do filamento no corpo que constitui a substância é habitualmente feito com o filamento sob uma certa tensão, exercendo portanto o recipiente fmalmente obtido uma pressão importante no corpo, ao mesmo tempo que proporciona um contacto físico e térmico excelente entre a superfície interior do recipiente e a substância nele contida. A invenção refere-se também à unidade de acordo com a reivindicação 5. Nesta unidade, o recipiente é constituído por um enrolamento filamentar bom condutor do calor, de preferência um enrolamento de fibra de carbono, cujas diversas voltas ou espiras são ligadas entre si por um aglomerante termocondutor, que constitui uma matriz para o filamento, de modo a formar um material compósito com uma condutividade térmica maior que 18 W/m.°K. A unidade da invenção pode, facultativamente, compreender componentes suplementares. Assim, para melhorar as permutas de calor com o fluido a arrefecer, a unidade pode ser equipada, na superfície exterior do recipiente, com órgãos de permuta de calor de grande superfície, tais como alhetas, de material bom condutor do calor e, eventualmente, um invólucro periférico isolante que envolva os referidos órgãos, delimitando os órgãos e o invólucro, com a parede do reservatório, um ou vários canais, para a passagem do fluido a arrefecer. Os órgãos, por exemplo alhetas, podem ser fixados no recipiente posicionando-os sobre o enrolamento filamentar

antes de o aglomerante endurecer, de modo a obter fínalmente um conjunto unidade/órgãos num só bloco.

Se se desejar, o invólucro periférico isolante pode também ser formado pela técnica de enrolamento filamentar ou então ser feito separadamente e montado a seguir em tomo dos órgãos de permuta térmica. A unidade pode igualmente ser provida de meios de difusão, porosos ou perfurados, mergulhados na substância activa e destinados a facilitar a circulação do gás na massa de substância activa.

Finalmente, a unidade pode ser provida de meios de aquecimento, tais como uma resistência eléctrica calefactora, destinados a permitir a regeneração da unidade depois da fase de produção de frio.

Deve no entanto notar-se que a unidade pode também ser regenerada por um meio de aquecimento exterior, por exemplo por passagem de uma corrente de fluido (gasoso ou líquido) quente em tomo da unidade. A unidade da invenção, que compreende um recipiente de material compósito, é muito mais leve que uma unidade semelhante cujo recipiente fosse de aço inoxidável, sendo o ganho de peso, no que respeita ao recipiente, da ordem de um factor 4. A descrição que vai seguir-se, feita com referência aos desenhos anexos permitirá compreender melhor a invenção.

As figuras dos desenhos representam: A fig. 1 a, uma vista esquemática, em corte axial de uma primeira unidade de acordo com a invenção; A fig. 1b, uma vista esquemática, em corte transversal, feito pela linha (Ib-Ib) da fíg. 1 a, desta primeira unidade; A fig. 2, uma vista esquemática, em corte axial de uma segunda unidade de acordo com a invenção; A fig. 3, uma vista esquemática, em planta, de um dispositivo fngoríneno que utiliza unidades de acordo com a invenção, estando uma das meias-conchas que formam a caixa retirada; e A fig. 4, uma vista esquemática, em corte parcial transversal, deste dispositivo.

As fig. la e 1b mostram uma primeira forma de realização de uma unidade de acordo com a invenção. Esta unidade compreende um corpo ou bloco de substância activa (1) e um recipiente (2) formado por enrolamento de uma fibra de carbono pré--impregnada de um aglomerante de carbono endurecível em tomo deste corpo, depois o endurecimento por reticulação do aglomerante. A espessura da parede do recipiente (2) deve ser suficiente para que o recipiente resista à pressão a que pode ser submetido em utilização e que pode atingir várias dezenas de bares, conforme o caso. O recipiente compreende um orifício roscado (3), que permite aí enroscar uma união (4) para ligação da unidade a outros componentes de um dispositivo frigorígeno, através de uma conduta (5). O recipiente ilustrado incorpora, na espessura da sua parede, uma resistência eléctrica calefactora (6), optativa. Na substância activa (1) mergulha-se vantajosamente um difusor tubular perfurado (7), para facilitar o encaminhamento do gás do orifício de ligação para as partes mais afastadas da substância activa. A unidade compreende ainda alhetas longitudinais (8), de carbono, fixadas perpendicularmente à superfície exterior do recipiente, e um invólucro cilíndrico (9), de material isolante, por exemplo de material plástico, colocado em tomo das alhetas, delimitando a superfície exterior da caixa, o invólucro (9) e as alhetas canais (10), destinados a ser percorridos pelo fluido a arrefecer. A substância activa (1) pode ser uma qualquer das substâncias activas conhecidas como utilizáveis para a produção de frio. A fíg. 2 ilustra uma unidade semelhante à da fig. 1, excepto que a resistência calefactora optativa (6), em vez de estar embebida na parede do recipiente, apresenta-se na forma de uma barra calefactora (6’), colocada axialmente no corpo de substância activa.

As fig. 3 e 4 ilustram um dispositivo climatizador portátil, destinado a ser ligado a uma peça de vestuário, por exemplo uma combinação ou uma blusa, que deve ser usada num ambiente “quente”, para a “climatizar”.

Este dispositivo compreende duas unidades de acordo com a invenção, designadamente uma unidade “fria” (11) e uma unidade “quente” (12). A unidade fria está cheia, por exemplo, de uma mistura de grafite expandida e de cloreto de bário, que se faz previamente reagir com o amoníaco, para formar BaCl2,8 NH3 sólido, mantido sob pressão no recipiente da unidade (1). Este produto é capaz de se decompor endotermicamente, para dar BaCl2 e NH3 menor (gasoso), quando se alivia a pressão. A unidade quente (12), que se encontra sob uma pressão inferior à que reina na unidade (11) está cheia de uma mistura de grafite expandida e cloreto de manganês, capaz de reagir exotermicamente com o amoníaco libertado proveniente da unidade (11), quando estas duas unidades são ligadas uma à outra.

As unidades (11) e (12) têm uma estrutura semelhante à unidade da fig. 2, sendo no entanto a unidade (12) de dimensão maiores que as da unidade (11), sendo a capacidade do MnCl2 a absorver por reacção com NH3 que a do BaC^. A unidade (11) pode ser posta em comunicação com a unidade (12) por meio da conduta (13) e uma válvula (14) montada na conduta. Em derivação com a válvula (14) monta-se uma conduta (16) equipada com uma válvula anti-retomo (17).

As unidades (11) e (12) estão montadas numa caixa (18) de material plástico, por exemplo constituída por duas partes desmontáveis. Esta caixa compreende uma entrada (19) para o ar reciclado, relativamente quente, proveniente da peça de vestuário climatizada (não representada). Este ar reciclado passa primeiramente num tubo (20), cheio de um agente exsicador (por exemplo gel de sílica), atravessa um primeiro ventilador (21) e é enviado para os canais permutadores de calor (10) da unidade (11), onde é arrefecido antes de ser reinjectado na peça de vestuário climatizada, a partir da saída (22). A caixa compreende igualmente uma entrada (23) de ar ambiente. O ar ambiente que penetra em (23) é aspirado por um segundo ventilador (24), passa pelos canais de permuta de calor (10) da unidade (12), para arrefecer esta última e depois sai para a atmosfera, em (25). A caixa compreende também uma segunda entrada (26) de ar ambiente, que pode, facultativamente, ser precedida por um cartucho NBC (Nuclear - Bacteriológico - Químico) (27) e um terceiro ventilador (28). O ar que entra em (26) é aspirado pelo ventilador (28) e misturado à corrente de ar reciclado, que vai compensar as perdas de ar de climatização que se produzem na peça de vestuário, sendo o ar de climatização habitualmente mantido em sobrepressão em relação à pressão atmosférica. O dispositivo compreende também uma válvula de purga (29), normalmente fechada, com uma das suas extremidades ligada à conduta (13) por uma conduta 10 (30) e desembocando a outra extremidade na atmosfera. Finalmente inclui uma pilha (31) que serve para alimentar os diversos ventiladores, não estando representadas as ligações eléctricas entre a pilha e os ventiladores, para maior clareza da representação.

Para produzir frio, a unidade (11), que supomos cheia, sob pressão, com o produto CaCl2,8 NH3 é ligada à unidade (12) abrindo a válvula (14) e regulando esta válvula para ajustar o caudal de amoníaco e, portanto, a importância da produção de frio pela unidade (11). O amoníaco libertado reage exotermicamente com o cloreto de manganês da unidade (12), donde resulta a necessidade de arrefecer a unidade (12) por uma corrente de ar ambiente que vem da entrada (23).

Quando a unidade (11) estiver esgotada, podemos regenerá-la aquecendo a unidade (12), por meio da resistência calefactora (6’), ligando esta última a uma fonte de corrente eléctrica. Tendo as válvulas (14) e (15) sido previamente fechadas, o amoníaco que se tinha combinado com o cloreto de manganês, quando do ciclo de produção de frio, dissocia-se deste último, passa para a conduta (13), depois para a conduta (16), através da válvula (17), no sentido da unidade (11), onde se recombina com o cloreto de bário. A unidade (11) fica então pronta para uma nova utilização. A válvula de purga (29) serve para a manutenção do sistema e para o esvaziamento das unidades quando se desejar. O dispositivo da invenção é próprio para uma realização compacta e pode ser incluído facilmente numa mochila.

Lisboa, 19 de Abj^ de 2000

2250 L2SSOA

Claims (13)

1 Reivindicações 1. Processo para a fabricação de uma unidade que compreende um recipiente resistente à pressão, provido de pelo menos um orifício de ligação, e uma substância activa sólida que pode ser utilizada para a produção de frio contida no referido recipiente, caracterizado por se formar o recipiente directamente sobre um corpo pré-moldado de substância activa, sendo o referido recipiente feito de um material com uma condutividade térmica maior que 18 W/m.°K.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o recipiente ser formado por enrolamento filamentar.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por se enrolar um filamento de carbono.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por se ligarem entre si as voltas ou espiras do filamento de carbono, num aglomerante de carbono que forma uma matriz.

5. Unidade que compreende um corpo de substância activa sólida, que pode ser utilizada para a produção de frio, e um recipiente resistente à pressão, provido de meios de ligação, que contém o referido corpo, caracterizada por o referido recipiente ser constituído por um enrolamento filamentar formado directamente sobre o referido corpo e cujas diversas voltas ou espiras são ligadas entre si por um aglomerante termocondutor que constitui uma matriz para o filamento, de modo a formar um material compósito com uma condutividade térmica maior que 18 W/m.°K.

6. Unidade de acordo com a reivindicação 5, caracterizada o enrolamento filamentar ser de carbono. 2

7. Unidade de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizada por o aglomerante ser de carbono.

8. Unidade de acordo com as reivindicações 5, 6 ou 7, caracterizada por a unidade compreender, além disso, na superfície exterior do recipiente, órgãos de permuta de calor.

9. Unidade de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por os referidos órgão serem alhetas.

10. Unidade de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada por se prever um invólucro penfénco isolante térmico em tomo dos órgãos de permuta de calor.

11. . Unidade de acordo com qualquer das reivindicações 5 a 10, caracterizada por compreender, além disso, uma resistência eléctrica calefactora.

12. Unidade de acordo com qualquer das reivindicações 5 a 11, caracterizada por compreender, além disso, meios de difusão porosos ou perfurados, mergulhados na substância activa sólida.

13. Dispositivo para a produção de frio, caracterizado por compreender pelo menos uma unidade de acordo com qualquer das reivindicações 5 a 12. Lisboa, 19 de Abril de 2000

1 Resumo “Ebulidor-absorvedor com sorvente sólido, processo para a sua fabricação e dispositivo frigorífico que o utiliza” Processo para a fabricação de uma unidade que compreende um recipiente (2) que suporta a pressão, provido de pelo menos um orifício de ligação (3) e uma substância activa sólida (1) contida no referido recipiente (2), caracterizado por se formar o recipiente (2) directamente num corpo de matéria activa pré-moldado (1), sendo o referido recipiente (2) feito de um material com uma condutividade térmica maior que 18 W/m.°K. As unidades obtidas são utilizáveis em especial para realizar dispositivos de climatização portáteis para peças de vestuário. Figura la