PT93270A - Aparelho e processo para a fabricacao de neve carbonica - Google Patents

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Description

Descrição referente à patente de invenção de LIQUID AIR CORPORATION, norte-americana, industrial e comercial, estabelecida em Califórnia Plaza 2121, North Cali-firnia Bld, Walnut Creek CA 94 596 Estados Unidos da América (inventor : David Delich, residente nos E.U.A.) para " APARELHO E PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE NEVE CAR-BÕNICA" .
DESCRIÇÃO FUNDAMENTO DA INVENÇÃO Campo da invenção A presente invenção refere-se a um aparelho para a fabricação de neve carbónica. A presente invenção refere-se também a um processo para a fabricação de neve carbónica.
Descrição da técnica relacionada
Na fabricação de neve de dióxido de carbono (CO2), é uma prática bem conhecida a utilização de neve ou similar, com injectores múltiplos para injectar C0£ líquido no interior de uma câmara de neve para aumentar a produção. 0 CO2 que se expande, ejectado através dos injectores, forma uma mistura de neve-vapor na antena. Por separação da neve e do vapor, pode usar-se a neve como um refrigerante, CR. 1
optativamente depois de fases ulteriores de processamento, tais como comprimindo a neve no interior de gelo de CC^· Há pelo menos dois problemas na técnica convencional. 0 primeiro é a tendência de a neve aderir ãs paredes adjacentes da antena. Este problema e tratado na patente US 4 111 362. De acordo com esta patente, a aderência sucede devido ao impacto das partículas de neve nas paredes adjacentes da antena. A patente US 4 111 362 propõe portanto dirigir os jactos lineares da mistura de neve-vapor uns contra os outros, numa direcção genericamente perpendicular à última direcção de descarga da neve da antena de modo que o ricochete elástico dos jactos que chocam dissipa a ener gia cinética das partículas de neve. A característica essencial nessa patente é que os ângulos de intersecção dos jactos lineares que se chocam são tais que a energia cinética resultante de todos os jactos seja substancialmente nula e que se eliminem praticamente as velocidade elevadas e a turbulência dos jactos. Porém, o funcionamento apropriado do sistema de fabricação da neve da patente US 4 111 362 depende de uma orientação muito precisa dos injectores, visto que a falha da colisão dos jactos substancialmente a 1809 diminui dramaticamente a redução da energia. 0 segundo problema é o da retenção da neve produzida numa área limitada. Os equipamentos de for mação de neve carbónica convencionais descarregam a neve produzida num padrão alargado e apoia-se no recipiente receptor para desviar a neve carbónica para o interior da área desejada. 0 recipiente receptor tem de ser pelo menos parcialmente aberto para permitir a remoção da neve armazenada, tendo assim o recipiente receptor de ter uma altura mínima para reter a neve e não ser soprada para fora do recipiente.
SUMARIO DA INVENÇÃO
Um objecto da presente invenção consiste em proporcionar um aparelho para a fabricação de neve carbónica.
Um outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar um processo para a fabricação de neve carbónica. 2
Um outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar um processo e um aparelho para a fabricação de neve carbónica impedindo a aderência da neve âs paredes da antena da neve.
Ainda outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar um processo e um aparelho para a fabricação de neve carbónica nos quais a neve substancial, mente não ê soprada para fora do recipiente de recepção da n£ ve.
Os objectos anteriores e outros são atingidos segundo a presente invenção, que compreende um aparelho para a fabricação de neve carbónica, que inclui um número par de antenas de neve, substancialmente cilíndricas, com eixos longitudinais que substancialmente se intersectam mutua mente. Em cada uma das antenas de neve i colocado um injector tendo cada um dos injectores passagens de descarga de fluido substancialmente tangencial e estando situado numa das antenas respectivas numa posição afastada de um ponto de intersecção do eixo das antenas de neve, estando os injectores posicionados substancialmente nos eixos das respectivas antenas de neve. As passagens de descarga do fluido tangencial de injectores alternados estão dirigidas em oposição. Os injectores podem ser ligados a uma fonte de CO2 líquido, de modo que o CO2 descarregado dos injectores forma fluxos de neve carbónica rodando em espiral em sentidos opostos na primeira e na segunda antenas. Por conseguinte, uma componente rotativa da energia cinética dos fluxos em espiral de sentidos opostos é dissipada por uma convergência dos fluxos em espiral adjacentes ao ponto de intersecção dos eixos.
Os objectos anteriores e outros da presente invenção são também realizados pela presente invenção de acordo com um outro dos seus aspectos, no qual o aparelho para a fabricação de neve carbónica compreende tuna primeira e uma segunda antenas de neVe substancialmente cilíndricas e uma conduta de descarga aberta na extremidade e disposta substancialmente vertical, estendendo-se as primeira e segunda ante-• nas de neve genericamente de cima para baixo e no sentido da . conduta de descarga, de modo que a primeira e a segunda ante- 3
nas de neve e a conduta de descarga se intersectam para formar uma câmara de expansão contínua com a forma geral de um Y com uma extremidade inferior aberta. Um primeiro e um segundo injectores susceptíveis de ser ligados a uma fonte de CO2 líquido estão respectivamente posicionados nas primeira e segunda antenas de neve substancialmente no seu eixo longitudinal . 0 primeiro injector tem passagens de descarga de fluido substancialmente tangencial dirigida no sentido do movimento dos ponteiros do relógio, enquanto que o segundo injector tem passagens de descarga de fluido substancialmente tangencial dirigida no sentido contrario aos do movimento dos ponteiros do relógio.
Por consequência, o CC^ descarregado dos primeiro e segundo injectores forma fluxos em espiral rodando em sentidos opostos de neve carbónica nas primeira e segunda antenas de neve, de modo que uma componente rotativa da energia cinética dos fluxos em espiral i dissipada por uma convergência dos fluxos em espiral na intersecção da for ma em Y.
Isso produz um fluxo não em espiral de neve que é descarregado por gravidade através da conduta de descarga e para o interior de um recipiente de recepção de neve. Gomo substancialmente apenas fica a componente ver tical descendente da energia cinética da neve, a neve cai e é retida no recipiente de recepção da neve numa posição substan cialmente por baixo da conduta de descarga onde tende a acumular-se e tornar-se mais densa.
Isso impede que a neve seja soprada para fora e permite a utilização de recipientes de recepção da neve com alturas reduzidas. 0 processo segundo a presente invenção inclui as fases de formação de um primeiro e um segundo fluxos de neve carbónica ao longo de uma primeira e uma segun da antenas de neve dirigidas genericamente de cima para baixo, tendo os primeiro e segundo fluxos componentes dirigidas uma em oposição â outra, e permitindo que os fluxos se intercep-tem numa intersecção das antenas de neve, co.de se misturam os flu - 4 -
xos em espiral . Como consequência, as componentes rotativas dos fluxos em espiral são substancialmente anuladas, enquanto que permanecem as componentes descendentes dos fluxos em espiral, de modo que a neve carbónica é descarregada por gravi dade de cima para baixo.
Embora a presente invenção utilize de preferência apenas duas antenas de neve, teoricamente poderia ser adaptada a qualquer número par de antenas de neve com fluxos de neve em espiral orientados alternadamente.
Descrição dos desenhos
Uma apreciação mais completa da presente invenção e de muitas das suas vantagens será obtida facilmente, bem como ela será melhor compreendida, com referência â descrição pormenorizada seguinte, quando considerada em ligação com os desenhos anexos, cujas figuras represen tam: A fig. 1, A fig. 2, A fig. 3, A fig. 4, uma vista em alçado de frente de uma forma de realização preferida do aparelho para a fabricação de neve carbónica segundo a presente invenção; uma vista esquemática parcial das antenas de neve e da sua intersecção com a conduta de descarga, ilustrando o fluxo de neve na conduta; um corte transversal de um injector segundo a presente invenção; e um diagrama do circuito que mostra o sistema para fornecer CC^ líquido sob pressão para os injecto-res.
DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA FORMA PREFERIDA DE REALIZAÇÃO
Vai agora descrever-se uma fonte de realização preferida da presente invenção, como exemplo não limitativo, com referência aos desenhos anexos, utilizando-se os mesmos números de referência para designar os mesmos elementos ou elementos correspondentes em todas as figuras.
Como se vê na fig. 1, uma câmara de expansão con tínua (2) tem a forma de um Y e ê formada por uma primeira e uma segunda antenas de neve (4) e (6), que se intersectam - 5 - %
com a conduta de descarga (8) que se estende verticalmente. A conduta de descarga está montada num recipiente (10) de recepção da neve, de modo tal que a extremidade inferior(12) da conduta de descarga se ajusta no interior do recipiente de recepção da neve. As antenas de neve, a conduta de descarga e o recipiente de recepção da neve podem ser feitos de qualquer material, mas de preferência são feitos de um material com boas características isolantes térmicas, ou inclu em uma camada de material com boas propriedades de isolamento térmico.
Fazendo referência â fig, 2, as antenas de neve (4) e (6), e a conduta de descarga (8), são de preferência cilíndricas com eixos longitudinais (14), (16) e (18) que se intersectam substancialmente num ponto (20) numa zona de mistura (21) definida por um volume de intersecção das antenas de neve e da conduta de descarga. As extremidades superiores (24) e (26) das antenas de neve (4) e (6) na forma de realização preferida são fechadas e suportam injectores (34) e (36).
Os injectores (34) e (36) podem ser cilíndricos, como se mostra no corte da fig. 3, que é uma vista em corte de um injector (34) por um plano perpendicular ao eixo (14). Uma característica importante da presente invenção é que as passagens laterais de descarga (36) do fluído (na fig. 3 estão indicadas quatro) se estendem substancialmente tangenciais â parede periférica cilíndrica (33) do injector, através da qual elas se estendem, isto é, têm pelo menos uma componen te periférica relativamente â parede cilíndrica do injector. 0 injector (36) é idêntico ao injector (34). Assim, as passagens de descarga (35) do fluído do injector (34) podem ser orientadas de modo a produzir um fluxo no sentido do movimento dos ponteiros do relógio do fluido que passa através do mesmo (como se vê na fig. 3). As passagens de descarga do fluido correspondentes do injector (36) seriam então orientadas de modo a produzir um fluxo no sentido contrário ao do movimento dos ponteiros do relógio através do mesmo. O efeito da construção anterior pode ver-se melhor na fig. 2. 0 injector (34) está colocado substancialmen - 6 -
te no eixo (14) da antena de neve (4). Contudo, devido à o-rientação não radial das passagens de descarga do fluido(35) a mistura de neve carbónica e vapor (de aqui em diante referi da apenas com a designação de neve carbónica) produzida pela descarga de CC^ líquido sob pressão através do injector (34) terá uma componente rotativa no sentido do movimento dos ponteiros do relógio. Além disso, devido à gravidade, o fluxo de neve carbónica que roda ao longo da parede interior de uma antena de neve (4) deslocar-se-à para baixo ao longo do eixo (14) para formar uma espiral (37) centrada substancialmente no eixo (14), tendo a espiral uma orientação de fluxo no sentido do movimento dos ponteiros do relógio. 0 injector (36) produz uma espiral idêntica com uma orientação no sentido contrário ao do movimento dos ponteiros do relógio. A espiral não está indicada para 0 injector (36). Em vez disso, pode imaginar-se a espiral como tendo duas componentes principais: uma componente rotativa (38), que se estende para o plano da fig. 3 (isto é, perpendicular ao eixo (16) e uma componente axial (39) produzida por gravidade e provocando o movimento descendente da espiral (37). Assim, cada um dos fluxos em espiral de neve carbónica que flui numa configuração em espiral ao longo das paredes das antenas de neve (4) e (6) têm componentes rotativas (38) orientadas em oposição, e componentes axiais (39).
Os dois fluxos em espiral (37) combinam-se quando atingem a zona de mistura (21). Nessa altura, as componentes rotativas (38) anulam-se mutuamente, como o fazem as subcomponentes não verticais das componentes axiais (39). 0 resultado é que a energia cinética dos fluxos de neve em espiral é anulada, excepto no que respeita às componentes verticais descendentes produzidas por gravidade. Portanto, a neve misturada simplesmente cai de cima para baixo através da conduta de descarga (8) e através do seu fundo aberto (12). Como a neve em queda tem substancialmente apenas uma componente vertical do movimento, a neve descarregada mantém-se dentro de um padrão compacto no interior das paredes do recipiente (10) e tende a acumular-se e a tornar-se mais densa. Há assim uma tendência reduzida para a neve ser soprada para 7 t
fora da porta de descarga (50) do recipiente, podendo assim usar-se recipientes de recepção da neve mais pequenos e com menor altura.
De acordo com uma característica da presente invenção,as antenas de neve (4) e (6) não são perfeitamente cilíndricas, mas sim têm uma cerca conicidade de modo a terem diâmetros progressivamente maiores quando aumenta a distâancia a partir das extremidades (24) e (26). Por exemplo, as antenas de neve (4) e (6) têm diâmetros progressi vamente crescentes de 15,4 cm (6") a 20,32 cm (8") (as extre midades (24) e (26) teriam diâmetros de 15,4 cm (6") e ligando-se a uma conduta de descarga (8) cilíndrica com o diâmetro de 25,4 cm (10M). Isso significa que, devido â lei da conser vação da quantidade de movimento, a velocidade de rotação dos fluxos em espiral (37) diminuirá quando os diâmetros das antenas de neve (4) e (6) aumentam no sentido da zona de mistura (21). Isso melhora a dissipação de energia dos dois fluxos em espiral orientados em oposição na zona de mistura. A fig. 4 mostra um exemplo de um sistema de alimentação do CO2 líquido para os injectores (34) e (36). Uma fonte (60) de CO2 líquido, que pode, por exemplo, ser um depósito ou garrafa de CC^ líquido existente no mercado, está ligada aos injectores (34) e (36) através de um sistema de canalizações (62). Optativamente, pode proporcionar--se uma bomba (64) no sistema de tubos para manter a pressão de CO2 líquido fornecido. Pode proporcionar-se no sistema de canalizações também uma válvula de descarga da pressão (66).
EXEMPLO
Foi ensaiado um aparelho para a fabri cação e retenção de neve carbónica com as estruturas atrás descritas. Verificou-se que produz aproximadamente 17,237 Kg (38 libras) de neve por minuto em funcionamento contínuo. 0 aparelho foi ainda ensaiado quer com recipientes de recepção de neve (10) baixos e altos e verificou-se que nenhuma neve saiu das portas de descarga (50) e que não houve refluxo nem transbordo. O funcionamento consistente anterior foi efectua do continuamente durante 15 horas por dia, cinco dias por semana até serem consumidas 3 000 toneladas de CO2 líquido. - 8 -

Claims (6)

  1. Como é óbvio,são possíveis muitas modificações e alterações da presente invenção â luz dos ensinamentos anteriores. Deve portanto ser entendido que, dentro do escopo das reivindicações anexas, a presente invenção pode ser levada à prática de maneiras diferentes da que aqui se descreve especificamente. REIVINDICAÇÕES - 1§. - Aparelho para a fabricação de neve carbónica, caracterizado por compreender: um número par de antenas de neve substancialmente cilíndricas com eixos longitudinais que substancialmente se intersectam uns aos outros; um injector em cada uma das referidas antenas de neve, tendo cada um dos referidos injectores passagens de des-carga de fluido substancialmente tangencial e estando situadas numa das antenas de neve respectivas numa posição afastada de um ponto de intersecção dos referidos - 9 -
    ''ijfcasra. eixos, estando os referidos injectores situados substancialmente nos referidos eixos das suas antenas de neve respectivas, sendo as passagens de descarga de fluido tangencial de injectores alternados directamente opostos; e meios para ligar cada um dos injectores a uma fonte de diôxido de carbono líquido, de modo que o diõxido de carbono descarregado dos referi dos injectores forma fluxos de escoamento em espiral rotativos, alternadamente em oposição, de neve carbónica, em antenas de neve alternadas referidas e de modo que uma componente rotativa da energia cinética dos referidos escoamentos em espiral rotativos opostos é dissi pada por uma convergência dos referidos escoamentos em espiral junto do referido ponto de intersecçio.
  2. - 2§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido injector estar situado junto de uma extremidade da sua antena de neve respectiva oposta ao referido ponto de intersecção.
  3. - 3§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada uma das referidas antenas de neve ser cónica, de modo a ter um diâmetro progressivamente crescente â medida que aumenta a distância a partir da extremidade que tem o referido injector.
  4. - 4§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos eixos substancialmente se intersectarem segundo um ângulo substancialmente compreendido entre 40° e 502.
  5. - 5§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido número par ser dois. 10 - X
  6. - 6§. - Aparelho para a fabricação de neve carbónica, caracterizado por compreender : uma primeira antena de neve substancialmente cilíndrica; uma segunda antena de neve substancialmente cilíndrica; uma conduta de descarga com a extremidade aberta, estendendo-se substancialmente verticalmente, estendendo-se as referidas primeira e segunda antenas de neve geralmente para baixo e no sentido da referida conduta de descar ga de modo que as referidas primeira e segunda antenas de neve e a referida conduta de descarga se intersectem para formar uma câmara de expansão contínua com a forma geral de um Y com a extremidade inferior aberta; um primeiro injector que pode ser ligado a uma fonte de dióxido de carbono líquido, situado na referida primeira antena substancialmente no seu eixo longitudinal e tendo passagens de descarga de fluido substancialmente tangencial dirigido no sentido do movimento dos ponteiros de um relógio; e um segundo injector que pode ser ligado a uma fonte de dióxido de carbono líquido, situado na referida segunda antena substancialmente no seu eixo longitudinal e tendo passagens de descarga de fluido substancialmente tangencial dirigida no sentido contrário ao do movimento dos ponteiros de um relógio, de modo que o dióxido de carbono descarregado dos referidos primeiro e segundo injectores formam fluxos de escoamento em espiral rotativos, mutuamente opostos, de neve de carbono nas referidas primeira e segunda antenas de neve, sendo uma componente rotacional da energia cinética dos referidos escoamentos em espiral rotativos opostos dissipada por uma convergência dos referidos escoamentos em espiral na intersecção das referidas primeira e segunda antenas de neve e de modo que se descarrega um fluxo de neve resultante não em espiral, por gravidade, através da referida conduta de descarga. 11 *
    Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por as referidas primeira e segunda antenas de neve terem extremidades superiores fechadas e por os re feridos primeiro e segundo injectores estarem posicionados respectivamente junto das referidas extremidades superiores. - 8§. - Aparelho de acordo com a reivindica ção 7, caracterizado por as referidas antenas de neve serem cónicas de modo a ter um diâmetro progressivamente crescente quando aumenta a distância a partir da sua extremidade superior. - 9§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a referida conduta de descarga ser substancialmente cilíndrica e por substancialmente se inter-sectarem um eixo longitudinal da referida conduta de descarga e os eixos das referidas primeira e segunda antenas de neve. - 10§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por os referidos eixos se intersectarem segundo um ângulo substancialmente entre 402 e 502. - 11§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a referida conduta de descarga ser substancialmente cilíndrica e por um eixo longitudinal da referida conduta de descarga e os eixos longitudinais das referidas primeira e segunda antenas de neve se intersectarem. - 12§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a referida conduta de descarga ter um diâmetro maior do que qualquer diâmetro das referidas antenas de neve. - 13§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por incluir um recipiente de recepção da 12
    .«~'G3E* LJv ^'^«'CíjgERnasu^ --5¾ |9 IA** neve que envolve a referida conduta de descarga. - 14§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por incluir um recipiente de recepção da neve que envolve a referida conduta de descarga. - 15§. - Processo para a fabricação de neve carbónica, caracterizado por compreender as fases seguintes: formar um primeiro fluxo com escoamento em espiral de neve carbónica numa primeira antena de neve dirigida genericamente para baixo; formar um segundo fluxo com escoamento em espiral de neve carbónica numa segunda antena de neve dirigida genericamente para baixo, tendo o referido segundo fluxo com escoa mento em espiral uma componente do fluxo rotatito dirigida em sentido oposto ao do primeiro fluxo com escoamento em espiral intersectando-se as referidas primeira e segunda antenas de neve substancialmente para formar uma zona de mistura; e permitir que os referidos primeiro e segundo fluxos com escoamento em espiral se misturem na referida zona de mistura, de modo que as referidas componentes rotativas sejam substancialmente anuladas, enquanto as componentes verticais descendentes dos referidos primeiro e segundo fluxos com escoamento em espiral restantes fazem com que os fluxos misturados se descarreguem para baixo. - 16§. - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por as referidas fases de formar os referidos primeiro e segundo fluxos com escoamento em espiral compreenderem a descarga de dióxido de carbono líquido de passagens de descarga do fluido substancialmente tangencial em injectores situados substancialmente em eixos longitudinais de cada uma das referidas primeira e segunda antenas de neve. 13 A requerente reivindica a prioridade do pedido norte-americano apresentado em 28 de Fevereiro de 1989, sob o Número de Série 07/316,960. Lisboa, 26 de Fevereiro de 1990 JSTCTa:
    14
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