BR102012026490A2

BR102012026490A2 - Sistema de transferência térmica para líquidos por meio direto, e reservatório provido de sistema de transferência térmica direta para líquidos

Info

Publication number: BR102012026490A2
Application number: BRBR102012026490-0A
Authority: BR
Inventors: Gustavo Lazzaris De Bona; Dilso Buchner
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-08-26
Also published as: WO2014059500A1

Abstract

SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA TÉRMICA PARA LÍQUIDOS POR MEIO DIRETO, E RESERVATÓRIO PROVIDO DE SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA TÉRMICA DIRETA PARA LÍQUIDO. A presente invenção refere-se a um sistema de transferência térmica para líquidos por transferência térmica direta, o dito sistema compreendendo um reservatório (1) compreendendo pelo menos uma tubulação (5) de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido (4) incorporada e se estendendo, de forma embutida, ao longo de pelo menos uma parede (11) do reservatório (1), e meios para proporcionar a transferência térmica direta do líquido armazenado no interior do reservatório (1) sem demandar redução de sua área interna de armazenamento de líquido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA TÉRMICA PARA LÍQUIDOS POR MEIO DIRETO, E RESERVATÓRIO PROVIDO DE SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA TÉRMICA DIRETA PARA LÍQUIDO”.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um sistema de transferência térmica

(preferencialmente resfriamento) para líquidos, preferivelmente água, feito por meio de transferência térmica direta no qual o próprio tanque atua como evaporador. Para tanto, os tubos pelos quais passa o meio de transferência térmica (por exemplo, o elemento refrigerante) são incorporados à própria parede do reservatório de armazenamento de 10 líquido conferindo, assim, resfriamento ou aquecimento direto da água armazenada em seu interior. Portanto a construção apresentada possui características técnicas e funcionais capazes de prover uma estrutura de recipiente diferenciada que possui alto desempenho na transferência térmica de água, uma vez que o evaporador permanece em contato direto com a água sem, para isso, diminuir a área interna de armazenamento de água disponível 15 proporcionando, assim, maior eficiência, praticidade e economia quando em comparação com os sistemas similares existentes.

Fundamentos da Invenção

Conforme é do conhecimento da técnica, atualmente os fabricantes de equipamentos purificadores de água utilizam, nos componentes destinados ao 20 armazenamento de água, tanques de plástico ou de metal ao redor dos quais ficam posicionados, externamente, evaporadores para resfriar a água. Ocorre, no entanto, que tal solução de resfriamento da água apresenta um baixo desempenho, uma vez que entre o evaporador e o fluido a ser refrigerado localiza-se a parede do reservatório e, ademais, o contato entre os corpos é feito de forma linear, que acaba prejudicando a troca térmica entre 25 o gás refrigerado e a água, além de envolver um processo de fabricação complicado e, consequentemente, oneroso - um exemplo dessa concretização é ilustrado no documento US8057665.

Outra solução foi apresentada no documento US 7.069.738, que descreve um tanque de armazenamento e resfriamento no qual o elemento refrigerante, que possui um 30 ponto de congelamento inferior a 0 grau Celsius, passa ao longo de uma passagem de fluido que é definida sobre a parede do corpo do tanque e envolvido por um material isolante, em um sistema conhecido como “skin evaporator”. No entanto, esta solução ainda apresenta o problema de complexidade construtiva e limitada eficiência em função da existência da * parede do tanque entre o fluido e o canal de passagem do gás refrigerante.

Outros fabricantes usam o evaporador dentro do tanque para melhorar a troca de

calor entre o elemento refrigerante e o líquido, como o demonstrado, por exemplo, no documento KR937954. Entretanto, este posicionamento do evaporador ocupa um volume que normalmente seria preenchido pelo líquido o qual se deseja armazenar e resfriar e, portanto, esta técnica diminui consideravelmente o volume útil do tanque. Outro exemplo desta aplicação encontra-se no documento KR 20040093535, que revela um aparelho de resfriamento para purificador de água que compreende uma placa contendo uma pluralidade micro canais que correspondem a passagens de elemento refrigerante em seu interior, sistema este que também apresenta um custo elevado de fabricação.

Adicionalmente, existem fabricantes que utilizam tanques de efeito peltier para resfriar a água os quais, porém, também apresentam baixo rendimento. Há que se lembrar que nos sistemas similares conhecidos é necessária a aplicação de uma energia considerável para promover o resfriamento inicial da água a fim de se minimizar a chance de que a água tida como refrigerada não seja fornecida, nos momentos iniciais de operação, em uma temperatura praticamente ambiente; além disso, o número de copos de água gelada que se pode obter em uma única operação com os aparelhos do atual estado da técnica apresenta certa limitação.

Nota-se, portanto, que o atual estado da técnica carece de uma solução efetiva, prática, versátil e econômica para promover o rápido resfriamento da água, ou analogamente seu aquecimento, principalmente no que se refere à aplicação em purificadores / refrigeradores de água nos quais o processo de resfriamento deve ser rápido e otimizado, que minimize a ocorrência de perda de troca de calor entre o gás refrigerante e o fluido, e que proporcione uma produtividade significativamente maior que a obtida com o uso dos similares conhecidos.

Objetivos da Invenção

Tendo em vista o exposto acima com relação às limitações do estado da técnica, é proposto um novo conceito de sistema transferência térmica de água, o qual funciona como um reservatório com sistema de transferência térmica direta, semelhante ao utilizado em refrigeradores, porém destinado ao armazenamento de água - que pode ser gelada ou aquecida.

Portanto um dos objetivos da presente invenção é prover um sistema de transferência térmica para água que proporcione uma velocidade de alteração de temperatura de um volume maior de água em um tempo menor que o conseguido pelo uso dos sistemas conhecidos.

Assim, é um objetivo da presente invenção prover um tanque de armazenamento de líquidos que possua um alto rendimento, ou seja, uma alta razão entre a energia térmica retirada do líquido armazenado e a energia elétrica gasta para resfriar/aquecer o elemento de transferênica térmica, sem que para isto o volume interno útil do tanque seja ocupado pelas passagens de elemento refrigerante/aquecedor.

Adicionalmente, é um dos objetivos da presente invenção prover um tanque de armazenamento de líquidos que não utilize processos complexos de fabricação, ou seja, que compreenda uma estrutura de fácil fabricação e de implementação simples e prática.

É ainda outro dentre os objetivos da invenção revelar um sistema de transferência térmica para líquidos que resulte em um aumento considerável na quantidade de copos de água gelada/aquecida que pode ser obtida quando em comparação com os sistemas atuais.

Sumário da Invenção

Os objetivos acima são atingidos por meio de um sistema de transferência térmica para líquidos por meio direto, o dito sistema compreendendo um reservatório para o armazenamento de líquido contendo pelo menos uma entrada de líquidos, pelo menos uma saída de líquidos e um sistema de transferência térmica para líquido cooperante com o reservatório, o dito sistema de transferência térmica para líquido compreendendo tubulações de passagem de meio de transferência térmica.

Em uma das concretizações preferenciais da presente invenção, o dito sistema compreende pelo menos uma tubulação de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido incorporada e se estendendo, de forma embutida, ao longo de pelo menos uma parede do reservatório..

A invenção compreende, em suma, meios para proporcionar a transferência térmica direta do líquido armazenado no interior do reservatório sem demandar redução de sua área interna de armazenamento de líquido.

Preferencialmente a pelo menos uma tubulação de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido se estende de forma helicoidal ao longo do interior de pelo menos uma parede vertical do reservatório e, opcionalmente, a pelo menos uma tubulação de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido se estende ao longo da superfície inferior do reservatório.

Também em uma concretização preferencial o sistema de transferência térmica direta para líquidos compreende um dispositivo de controle de temperatura do tipo resistor NTC (Negative Temperature Coeficient, coeficiente de temperatura negativo).

Portanto, os objetivos aventados são atingidos, também, por meio de um reservatório provido de sistema de transferência térmica direto para líquido compreendendo pelo menos uma entrada de líquidos, pelo menos uma saída de líquidos e um sistema de transferência térmica para líquido compreendendo tubulações de passagem de meio de transferência térmica, CARACTERIZADO pelo fato de o dito reservatório compreender pelo menos uma tubulação de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido incorporada, de forma embutida, ao longo de pelo menos uma parede do reservatório.

Descrição Resumida dos Desenhos A presente invenção será pormenorizadamente descrita com base nas figuras abaixo indicadas, nas quais:

A Figura 1 ilustra uma vista em corte de um tanque da técnica atual no qual as passagens de elemento refrigerante estão localizadas na região externa do tanque;

A Figura 2 ilustra uma vista em corte de outro tanque do atual estado da técnica no qual as passagens de elemento refrigerante estão localizadas no interior do tanque, reduzindo assim o volume interno útil de armazenamento de água;

A Figura 3 ilustra uma vista em corte de uma das concretizações possíveis para o tanque de transferência térmica para líquido objeto da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

O objeto da presente invenção passará a ser descrito a seguir de forma mais detalhada, porém em caráter meramente exemplificativo e não limitativo, visto que o sistema de transferência térmica para líquidos com reservatório de transferência térmica direta objeto da presente invenção pode compreender diferentes detalhes e aspectos estruturais e dimensionais sem, com isso, fugir do escopo de proteção desejado.

Cabe esclarecer que a descrição abaixo enfatiza a concretização destinada ao resfriamento de líquidos, porém cabe esclarecer que o objeto da presente invenção pode ser utilizado tanto para o resfriamento quanto para o aquecimento de líquidos quaisquer.

Dessa forma, em uma concretização preferida, a presente invenção refere-se a um equipamento compreendendo um reservatório 1 preferencialmente cilíndrico para armazenamento de água, sendo que o referido reservatório 1 compreende uma entrada 2 e uma saída 3 de líquido, ambas localizadas, convencionalmente, na parte superior do reservatório 1.

A água armazenada no reservatório 1 objetiva-se a ser, mediante solicitação do usuário, resfriada, o que é efetuado pela ação de um meio refrigerante (normalmente gás refrigerado) que percorre tubulações 5 que cooperam com a água armazenada no interior do reservatório 1.

De acordo com a Figura 1, pode-se notar que o sistema conhecido da técnica anterior compreende basicamente um reservatório 1, uma entrada de líquido 2, uma saída de líquido 3 e uma pluralidade de tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante ao redor do reservatório 1, e assim, resfriar o líquido contido em seu interior. As referidas tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante se localizam junto à superfície externa da parede 11 do reservatório, de modo que o contato entre a pluralidade de tubulações 5 e o reservatório 1 é feita em linha e destinada a causar troca de calor entre ambos, resfriando assim a água armazenada no reservatório 1.

Como pode ser observado a partir da Figura 1, a área de contato entre as tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante e a parede externa 11 do reservatório 1 é muito pequena, e mesmo se o formato das passagens de elemento refrigerante seja alterado, a área de contato entre eles ainda seria substancialmente pequena. Desse modo, a eficiência da troca de calor entre o elemento refrigerante e o líquido torna-se baixa, uma vez que, quanto maior for a distância entre o elemento refrigerante e o meio líquido a ser refrigerado, maior será a perda de troca de calor entre o elemento refrigerante e o meio a ser refrigerado e, consequentemente, maior a perda térmica com o meio externo.

Na Figura 2, observa-se outra técnica já conhecida de sistema de resfriamento de água, também compreendendo um reservatório 1, uma entrada de líquido 2, uma saída de líquido 3 e uma pluralidade de tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante 5.

A principal diferença entre a técnica ilustrada na Figura 2 e a técnica ilustrada na Figura 1 é o fato de, na técnica da Figura 2, a pluralidade de tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante estar Iocalizajunto à superfície interna da parede 11 do reservatório 1, enquanto na técnica da Figura 1 a pluralidade de tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante está localizada junto à superfície externa da referida parede 11.

Desse modo, com a solução da Figura 2 o problema relacionado à troca de calor indesejada com o meio externo é solucionado, uma vez que toda a área de contato das tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante está em contato direto com o líquido do reservatório 1. Entretanto, como pode ser visto através da Figura 2, parte do volume interno do reservatório 1 é ocupado pelas tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante, diminuindo assim o volume interno útil do mesmo.

Já a Figura 3 ilustra uma concretização preferencial do objeto da presente invenção. Nesse sistema, a pluralidade de tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante fica localizada no interior, ou seja, embutida nas paredes laterais 11 do reservatório 1 em um sistema conhecido como “evaporador roll bond”. Desse modo, o problema da troca de calor indesejada entre o elemento refrigerante e o meio externo é resolvido, uma vez que o elemento refrigerante atuará, por um lado, diretamente sobre o meio fluido a ser refrigerado e, por outro lado, na parede lateral 11 do reservatório 1, se modo que a propagação da temperatura sobre a superfície da parede 11 também auxiliará no resfriamento da água armazenada no interior do reservatório 1.

Adicionalmente, o problema da perda de volume útil no interior o recipiente também é resolvido, uma vez que, com as tubulações 5 de passagem de elemento refrigerante posicionadas no interior da parede lateral 11 do reservatório 1, seu volume interno não é alterado.

Cabe esclarecer que na concretização preferencial da invenção apresentada na Figura 3, são mostradas tubulações 5 dispostas de forma substancialmente paralela na parede vertical 11 do reservatório 1, no entanto pode-se conceber uma única tubulação 5 percorrendo helicoidalmente a parede 11 do reservatório 1, ou ainda a existência de tubulações 5 também embutidas na superfície de fundo ou inferior 12 do reservatório 1 sem que, com isso, se fuja do escopo de proteção desejado.

Preferencialmente o controle da temperatura do elemento refrigerante ou meio de transferência térmica será realizado através de pelo menos um dispositivo NTC (Negative 5 Temperature Coeficient, coeficiente de temperatura negativo), que compreende basicamente um resistor cuja resistência dependente da temperatura. Este resistor, como seu próprio nome sugere, possui coeficiente de temperatura negativo, ou seja, à medida que a temperatura do NTC aumenta, sua resistência diminui.

O isolamento do tanque será preferivelmente realizado através do uso de EPS (Expanded Potystyrene, Poliestireno Expandido) em torno do tanque, uma vez que o EPS é um produto comumente utilizado para isolamento térmico devido às suas características de leveza, robustez e resistência ao envelhecimento.

Cabe enfatizar, ainda, que a solução da presente invenção proporciona uma significativa redução na energia consumida para refrigerar o mesmo volume de água, uma 15 vez que o processo de resfriamento é mais rápido em função do contato direto do evaporator com o fluido - o que acaba por permitir, também, a retirada de um número maior na quantidade de copos de água gelada que se pode efetuar em um determinado intervalo de tempo.

Outra novidade da presente invenção refere-se à velocidade de mudança de temperatura, posto que a velocidade de redução da temperatura de um volume maior de água é possível em um tempo significativamente menor que o observado com os similares conhecidos.

É importante destacar que a descrição acima tem como única finalidade descrever de modo exemplificativo realizações preferenciais do tanque de transferência térmica para 25 líquido utilizado, particularmente, em filtros de água. Logo, como bem compreendem os técnicos no assunto, são possíveis numerosas modificações, variações e combinações construtivas dos elementos que exercem a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados, as quais estão dentro do escopo de proteção delimitado pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Sistema de transferência térmica para líquidos por meio direto, o dito sistema compreendendo um reservatório (1) para o armazenamento de líquido contendo pelo menos uma entrada de líquidos (2), pelo menos uma saída de líquidos (3) e um sistema de transferência térmica para (4) cooperante com o reservatório (1), o dito sistema de transferência térmica para (4) compreendendo tubulações (5) de passagem de meio de transferência térmica CARACTERIZADO pelo fato de compreender: - pelo menos uma tubulação (5) de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido (4) incorporada e se estendendo, de forma embutida, ao longo de pelo menos uma parede (11) do reservatório (1), e - meios para proporcionar a transferência térmica direta do líquido armazenado no interior do reservatório (1) sem demandar redução de sua área interna de armazenamento de líquido.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de a pelo menos uma tubulação (5) de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido (4) se estender de forma helicoidal ao longo do interior de pelo menos uma parede vertical (11) do reservatório (1).

3. Sistema, de acordo com as reivindicações 1 e 2, CARACTERIZADO pelo fato de a pelo menos uma tubulação (5) de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido (4) se estender ao longo da superfície inferior (12) do reservatório (1).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o dito sistema de transferência térmica para líquidos compreender um dispositivo de controle de temperatura do tipo resistor NTC (Negative Temperature Coeficient, coeficiente de temperatura negativo).

5. Reservatório provido de sistema de transferência térmica direta para líquido, o dito reservatório (1) compreendendo pelo menos uma entrada de líquidos (2), pelo menos uma saída de líquidos (3) e um sistema de transferência térmica para líquido (4) compreendendo tubulações (5) de passagem de meio de transferência térmica CARACTERIZADO pelo fato de o dito reservatório compreender pelo menos uma tubulação (5) de passagem de meio de transferência térmica do sistema de transferência térmica para líquido (4) incorporada, de forma embutida, ao longo de pelo menos uma parede (11) do reservatório (1).