ES2203896T3 - Aparato para enfriar fluidos. - Google Patents

Abstract

REFRIGERADOR (2) DE CERVEZA O REFRESCOS, QUE ENFRIA EL LIQUIDO UTILIZANDO LA DESORCION DE GAS PROCEDENTE DE UN ADSORBENTE (8) DENTRO DE UN RECIPIENTE (4), CARACTERIZADO PORQUE EL REFRIGERADOR (2) COMPRENDE UNA SERIE DE ELEMENTOS (6) DE TRANSFERENCIA TERMICA, HECHOS DE MATERIAL TERMOCONDUCTOR Y EN CONTACTO TERMICO DIRECTO CON EL ADSORBENTE (8), Y ADAPTADO PARA TRANSFERIR EL CALOR ENTRE LAS PAREDES DEL RECIPIENTE Y EL ADSORBENTE (8) DEL MISMO, Y PORQUE LOS ELEMENTOS (6) ESTAN CONFIGURADOS DE MANERA QUE COOPEREN EN USO A FIN DE CONDUCIR EL GAS DESORBIDO DEL ADSORBENTE (8) A LAS PAREDES DEL RECIPIENTE Y A CONTINUACION, SIGUIENDO DICHAS PAREDES ANTES DE SU SALIDA DEL RECIPIENTE (4).

Description

Aparato para enfriar fluidos.

Este invento se refiere a un aparato para enfriar fluidos, particularmente, pero no exclusivamente, bebidas embotelladas o enlatadas. Más particularmente, el presente invento se dirige a un aparato para enfriar fluidos del tipo en el que la reducción de temperatura causada por la desorción de un gas de un adsorbente se usa para enfriar una bebida, tal y como se describe en la patente Europea numero 0752564.

En los aparatos conocidos para enfriar fluidos, del tipo descrito en EP 0752564, un cartucho enfriador esta en contacto térmico, directo o indirecto, con el fluido a enfriar (es decir, el cartucho esta sumergido en el fluido, o forma parte del recipiente del fluido, o bien está adaptado para acoplarse dentro de un rebaje realizado en la pared del recipiente, o para adaptarse alrededor del recipiente). El cartucho esta compuesto por una vasija obturada de paredes delgadas (se prefiere la delgadez para favorecer la transferencia de calor) que contiene un adsorbente para recibir y adsorber bajo presión una determinada cantidad de gas. Por ejemplo, el adsorbente es carbón activado y el gas dióxido de carbono. Al romper la junta de obturación de la vasija y liberar la presión, el gas se desorbe y el proceso endotérmico de la desorción del gas a partir del adsorbente causa una reducción en la temperatura del adsorbente y del gas desorbido. A causa de que el cartucho esta en contacto térmico con el fluido, esta reducción de la temperatura conduce a una transferencia de calor desde el fluido, a través de la pared de la vasija, al adsorbente y al gas desorbido, lo que sirve para enfriar el fluido.

Es sabido que la mayor parte de los adsorbentes son pobres conductores de energía térmica. Por ejemplo, el carbón activado puede ser descrito como un material amorfo, y por consiguiente tiene una conductividad baja aun cuando este muy compactado. Esto constituye una desventaja por cuanto la pobre transferencia de calor al adsorbente en el centro del cuerpo del adsorbente en la vasija reduce la velocidad de enfriamiento y/o desperdicia la "energía de enfriamiento" del adsorbente central. De acuerdo con esto, se describen varias realizaciones de medios de transferencia de calor en nuestra solicitud de patente Europea número 97309199.4, la cual mejora la transferencia de calor en el centro del adsorbente y en las paredes de la vasija.

Surge otro problema con disposiciones convencionales a partir del flujo del gas desorbido. En el interés de maximizar la cantidad de gas adsorbido en el adsorbente, es deseable que el adsorbente esté altamente compactado. Sin embargo, tal compactación reduce la porosidad de la masa del adsorbente, lo que tiende a retardar la velocidad de enfriamiento del fluido. En segundo lugar, aunque parte del gas desorbido sale del adsorbente junto a la pared más cercana y se desplaza a lo largo de las paredes de la vasija hasta una válvula de salida, una porción significativa penetra igualmente a través del adsorbente hacia la válvula de salida de la vasija sin entrar en contacto con las paredes de la vasija, y así, una cantidad significativa de "energía de enfriamiento" (en el gas desorbido perdido de este modo) se desperdicia efectivamente como "calor sensible".

El presente invento intenta dar respuesta a estos problemas.

En consecuencia, el presente invento proporciona un enfriador para enfriar una cantidad de fluido, que está compuesto de una vasija de paredes delgadas para ponerse en contacto térmico con el fluido a enfriar y que contiene un adsorbente para recibir y adsorber bajo presión una cierta cantidad de gas, originando, en uso, la desorción del gas desde el adsorbente, una reducción de la temperatura del adsorbente y del gas desorbido, cuya reducción de temperatura es efectiva para enfriar el fluido, en el que el enfriador esta compuesto de una pluralidad de elementos de transferencia de calor, formados de material térmicamente conductor y en contacto térmico directo con el adsorbente y adaptados para transferir calor entre las paredes de la vasija y el adsorbente de ella, y en el que los elementos están configurados de forma que cooperan, en el uso, a fin de conducir el gas desorbido del adsorbente a las paredes de la vasija y a lo largo de las paredes de la vasija antes de su salida de la vasija.

Tal disposición añade poca más complejidad al cartucho enfriador (no a su fabricación, por cierto), pero proporciona simultáneamente, tanto buena transferencia de calor entre el adsorbente y las paredes de la vasija (con las que preferiblemente cada elemento de transferencia de calor entra en contacto directo) como conductividad térmica entre el gas desorbido y las paredes de la vasija, y así mismo proporciona caminos preferenciales para que el gas desorbido se desplace hacia las paredes de la vasija y a lo largo de ellas antes de salir de la vasija. De acuerdo con ello, los elementos de transferencia de calor del invento cooperan de manera que permiten un paso relativamente libre del gas tanto en, absorción como en desorción, acelerando de esta forma el proceso de enfriamiento y también la "carga" del cartucho con gas permitiendo así que se reduzca el tiempo de fabricación del cartucho.

Es preferible que sustancialmente todos los miembros de la transferencia de calor tengan la misma forma y puedan estar configurados de forma que puedan estar dispuestos en un apilamiento, con elementos sucesivos al menos parcialmente encajados dentro de elementos que les preceden inmediatamente en el apilamiento. Con dicho apilamiento, el elemento de mas arriba (o elementos, dependiendo del grado de encajamiento) tendrá normalmente una forma ligeramente diferente, con el fin de "rematar" el apilamiento para ajuste dentro de la vasija.

En una realización particularmente conveniente, los elementos de transferencia de calor son tronco-cónicos, y tienen, preferiblemente, un reborde corrugado de manera que asemeja, en forma y configuración, a las cajas de papel utilizadas comúnmente para cocer "bollos-taza" (en el Reino Unido) y panecillos (en Los Estados Unidos de América y Canadá).

Tales elementos son, desde luego, circulares usualmente, de forma que se adaptan ajustadamente dentro de la vasija, la cual es, en si misma, normalmente cilíndrica. Estos elementos se usan para fabricar un cartucho de enfriamiento de la siguiente forma. Primeramente, se introduce una capa de partículas de carbón activado dentro de la vasija vacía, después se desliza una "taza" de elementos de transferencia de calor dentro de la vasija. Mientras se desliza la "taza" dentro de la vasija, los lados corrugados se doblan y se fruncen. Entonces se coloca una capa más de carbón dentro de esta "taza", para seguir con otra "taza", más carbón, y así sucesivamente. Cuando la pila de "tazas" alcanza la parte superior de la vasija, se añade una "taza" mas corta, o "taza", de forma que "remate" la pila sin que se requiera una capa final de carbón excesivamente gruesa y de manera que la pared doblada de la "taza(s)" de más arriba no sobresalga por encima del borde de la vasija del cartucho. Finalmente, se aplica presión al apilamiento dentro de la vasija para compactar el carbón a fin de obtener la densidad global de carbón deseada, se introduce el gas dentro de la vasija bajo presión para adsorción y se obtura.

La válvula por la que el gas desorbido sale de la vasija puede colocarse adyacente a la parte superior del apilamiento o, más preferiblemente, en la base del apilamiento, de forma que se maximice la distancia a lo largo de la cual el gas desorbido se desplaza en proximidad cercana a la pared de la vasija, y así optimizar la transferencia de calor con ella.

Al romper la junta de obturación de la vasija y liberar así la presión del adsorbente, el gas es desorbido y se desplaza a lo largo de la porción plana del elemento de transferencia de calor, lo que forma un rápido camino conductor térmico entre las capas relativamente delgadas de carbón (preferiblemente entre 5 mm y 10 mm aproximadamente, más preferiblemente alrededor de 8 mm. de espesor) y las paredes de la vasija, mientras los corrugamientos doblados y fruncidos de las "tazas" adyacentes cooperan, de manera que proporcionan pasajes para que escape el gas desorbido (y para el pasaje del gas que será adsorbido, cuando se fabrica el cartucho, naturalmente). Además, el gas desorbido esta obligado a fluir a lo largo de los pasajes ondulados en el reborde del elemento que es adyacente a la pared de la vasija, y así se favorece la transferencia de calor al gas y consecuentemente se incrementa el efecto enfriador en el fluido.

Se ha encontrado que el intervalo ideal de diámetro para un elemento de transferencia de calor en forma de "taza": la relación del aspecto de la altura del reborde oscila entre alrededor de 5:1 y alrededor de 5:4 (cuyas relaciones intentan ser equivalentes al la relación de aspecto de un envase de bollo de papel para un "bollo de taza" Británico y a la relación de aspecto de una parte superior de botella de leche Británica, respectivamente).

Preferiblemente, los elementos de transferencia de calor están formados por un material elástico, conductor del calor, tal como hoja de aluminio, o de una aleación del mismo, y están en un intervalo de espesores en el que la hoja de aluminio (o elementos hechos del mismo) están disponibles fácilmente para uso domestico (es decir: alrededor de 0,25 mm.).

En ciertas aplicaciones puede ser deseable proporcionar, además de los rebordes ondulados de los elementos de transferencia de calor, medios de canal adaptados a fin de proporcionar un camino preferente para el gas desorbido a lo largo y adyacente a la pared de la vasija para favorecer desorciones más rápidas, por ejemplo.

Los expertos en la materia apreciarán que existen muchas maneras mediante las cuales se pueden crear tales caminos preferentes, y así muchas formas que podrían adoptar los medios de canal: un tubo perforado o poroso puede insertarse a lo largo de de un lado de la vasija antes de llenarla con carbón y elementos de transferencia de calor; puede utilizarse una pieza inserta similar, pero para ser extraída después de que la vasija se llene con adsorbente y "tazas", dejando un "canal" abierto en los rebordes de "tazas" apiladas, fácilmente deformables; se puede taladrar un agujero a través de la masa compactada de carbón y de las "tazas" de transferencia de calor, cerca de la pared de la vasija; o la vasija puede estar formada como un cilindro con un abultamiento longitudinal o helicoidal que se extienda a lo largo de la longitud de la vasija.

Se podrá apreciar también que el invento presente comprende igualmente tanto un recipiente para bebida (botella o lata) que incluya tal enfriador y un método de fabricación del tal enfriador.

Se describirá ahora una realización de un enfriador de acuerdo con el invento, por medio de un ejemplo y con referencia a los dibujos que se acompañan en los que:

La figura 1 es una vista parcial en sección de una realización de un cartucho enfriador de acuerdo con el invento.

La figura 2 es una vista esquemática de una de las "tazas" de transferencia de calor del enfriador de la Figura 1.

La figura 3 es una vista esquemática de una segunda realización de un cartucho enfriador de fluido de acuerdo con el invento, y

La figura 4 es una vista esquemática de un cartucho enfriador de fluido que tiene sólo un elemento de transferencia de calor individual.

El cartucho enfriador que se muestra (no a escala) en la Figura 1 consiste en una vasija 4 de paredes delgadas de aluminio, de forma cilíndrica, que contiene un cierto número de "tazas" de aluminio apiladas dentro de la vasija 4 con intercalación de capas de carbón adsorbente 8. Cada "taza" 6 (vista mas claramente en la Figura 2) comprende una sección 10 de base circular y un reborde corrugado 12 que se estrecha. Las "tazas" están dimensionadas con relación a la vasija 4 de modo que se deslizan ajustadamente en ella, y de forma que las ondulaciones del reborde 12 de cada "taza" se ondulan de manera que los rebordes de las "tazas" adyacentes o contiguas cooperan, para proporcionar pasajes para que el gas se desplace al interior y desde las capas 8 de adsorbente, el reborde corrugado de cada "taza" es suficientemente elástico como para mantener buena superficie de contacto entre los rebordes de "tazas" adyacentes e igualmente entre el borde extremo de cada reborde 12 y las paredes de la vasija 4.

En uso, el cartucho 2 mostrado en la figura 1 (que por claridad se muestra solo parcialmente llena, en uso el cartucho estaría lleno de capas alternadas de adsorbente y "tazas" de transferencia de calor) contendría una cantidad de gas bajo presión y adsorbido por el adsorbente, y estaría dispuesto en contacto térmico con un recipiente (no mostrado) del fluido a enfriar. Para enfriar el fluido, una válvula (no mostrada) se abriría, o se rompería la pared de la vasija 4, de manera que se alivia la presión en el adsorbente, lo que permite la desorción del gas adsorbido. La válvula podría situarse en la parte superior del apilamiento (es decir: en la parte superior de la vasija 4 mostrada en la figura 1) o en el fondo del apilamiento; esto último es preferible, pues incrementa la distancia a lo largo de la que el gas desorbido debe desplazarse en contacto próximo con las paredes de la vasija 4, optimizando así la transferencia de calor entre ellas y la eficiencia de enfriamiento. El proceso de desorción, al ser endotérmico, implica una reducción de temperatura significativa en el adsorbente de carbón y en el gas dióxido de carbono desorbido. El calor se transfiere desde el fluido, a través de las paredes de la vasija 4 y las "tazas" de transferidoras de calor al gas desorbido y también al adsorbente por lo que el fluido se enfría. El gas desorbido es capaz de moverse rápidamente hacia las paredes de la vasija 4 y por ello está obligado a moverse en contacto próximo con ellas, a lo largo de los pasajes formados en los corrugamientos ondulados, por lo que se favorece una transmisión de calor aumentada de forma que se puede utilizar por completo el efecto de enfriamiento del proceso de desorción.

Habiendo descrito una realización de un cartucho enfriador de fluido de acuerdo con el invento que tiene ventajas funcionales significativas sobre disposiciones convencionales y que también es simple y barato de fabricar, los expertos en la técnica apreciarán que hay varias modificaciones directas que se pueden hacer. Por ejemplo, aunque la vasija ilustrada en la figura 1 es cilíndrica, de sección circular, no hay razón para que la sección no sea de otra forma que circular, y verdaderamente no necesita aun ser de una forma constante a lo largo de la longitud de la vasija. Además, se pueden usar adsorbentes distintos del carbón activado y gases diferentes del dióxido de carbono. También el enfriador puede adaptarse para ajustar de manera liberable dentro de un rebaje especialmente formado en un recipiente de una bebida (es decir: no en contacto directo con él). Aunque se describe y se muestra una realización en la cual los elementos de transferencia de calor tienen forma de "taza", estos elementos podrían ser igualmente hemisféricos, cónicos, en forma de caja o verdaderamente de cualquier forma que les permita quedar encajados en una pila.

El enfriador 2' mostrado en la figura 3 es muy parecido al de la figura 1, sin embargo, las "tazas de transferencia de calor 6 están invertidas; con la válvula (no mostrada) para la salida del gas desorbido en la parte superior de la vasija tal y como se muestra, el gas desorbido se desplaza en la distancia máxima en contacto próximo con las paredes de la vasija 4, optimizando así la transferencia de calor durante el enfriamiento. Como puede verse, el uso de una simple "taza" 6 en el enfriador 2" de la Figura 4 incrementará al máximo la distancia en la que el gas desorbido se desplazará en contacto próximo con las paredes de la vasija 4 antes de salir a través de la válvula 14, pero a costa de reducir las velocidades de desorción del gas y de transferencia de calor al centro del cuerpo de carbón adsorbente 8, aunque en la practica estas desventajas se podrían tratar disponiendo medios de canal de gas y/o medios de trasferencia de calor como los descritos en EP 0752564 (o tales como un elemento de transferencia de calor cilíndrico dispuesto a lo largo del eje de la masa del carbón adsorbente mostrado en la Figura 4).

Puede ser igualmente ventajoso proporcionar medios de válvula separados, para la salida del gas desorbido y para la entrada del gas que se va a adsorber, estando situada la válvula de "salida" en la parte inferior del apilamiento de forma que se maximice la distancia a lo largo de la cual el gas debe desplazarse en contacto próximo con las paredes de la vasija antes de salir, y estando la válvula de "entrada" situada en el extremo opuesto de la vasija, para minimizar la distancia recorrida por el gas en contacto próximo con las paredes de la vasija antes de ser adsorbido.

Claims (13)

1. Un enfriador para enfriar una cantidad de fluido, que consta de una vasija (4) de paredes delgadas, para ponerla en contacto térmico con el fluido a enfriar y que contiene un adsorbente (8) para recibir y adsorber, bajo presión, una cantidad de gas, originando durante el uso la desorción del gas desde el adsorbente, una reducción de temperatura del adsorbente y del gas desorbido, cuya reducción de la temperatura es efectiva, en uso, para enfriar el fluido, caracterizado porque el enfriador consta de una cantidad de elementos de transferencia de calor (6), formados por materiales conductores térmicamente y en contacto térmico directo con el adsorbente (8) y adaptado para transferir calor entre las paredes de la vasija y el adsorbente en ella, y en el que los elementos están configurados para cooperar en el uso a fin de conducir el gas desorbido a partir del adsorbente hacia las paredes de la vasija y de ahí, a lo largo de las paredes de la vasija antes de salir de la vasija (4).

2. Un enfriador como se reivindica en la Reivindicación 1, en el que los elementos de transferencia de calor (6) son sustancialmente todos de la misma forma.

3. Un enfriador como se reivindica en las Reivindicaciones 1 ó 2, en el que los elementos (6) están configurados de tal forma que puedan disponerse en una pila, con elementos sucesivos al menos parcialmente insertos o encajados dentro de elementos inmediatamente precedentes en la pila.

4. Un enfriador como se reivindica en las reivindicación 1, reivindicación 2 y reivindicación 3, en el que los elementos (6) son sustancialmente circulares, con un reborde cónico en estrechamiento.

5. Un enfriador como se reivindica en las Reivindicación 4, en el que el diámetro: relación de aspecto de la altura del armazón está entre aproximadamente 5:1 y alrededor de 5:4.

6. Un enfriador como se reivindica en las reivindicación 4 o reivindicación 5, en el que el reborde (12) es corrugado.

7. Un enfriador como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que los elementos (6) están apilados con una capa de adsorbente (8) entre elementos adyacentes, estando dicha capa entre 5 mm y 10 mm en profundidad, preferiblemente alrededor de 8 mm de profundidad.

8. Un enfriador como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende medios de canal adaptados para proporcionar un camino preferencial para el gas desorbido a lo largo y adyacente a la pared de la vasija.

9. Un enfriador como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que los medios (6) de transferencia de calor están hechos de aluminio o de una aleación de los mismos.

10. Un enfriador como se reivindica en una de las reivindicaciones 3 o reivindicaciones 4 a 9 cuando dependen de la Reivindicación 3, en el que están dispuestos medios de válvula (14) para la salida del gas desorbido desde la vasija, estando los medios de válvula (14) situados en la base de la pila.

11. Una lata de bebida dotada de un enfriador como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes para enfriar la bebida que hay en su interior.

12. Una lata de bebida como se reivindica en la reivindicación 11 en donde el enfriador esta en contacto térmico directo con la bebida.

13. Un método de fabricación de un enfriador como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende las operaciones de introducir sucesivamente de un adsorbente (8) y elementos de transferencia de calor (6) dentro de una vasija (4) de paredes delgadas de forma que se crea una pila de capas hasta llenar la vasija, someter la pila a presión a fin de comprimir el adsorbente (8) hasta una densidad predeterminada y añadir gas bajo presión para ser adsorbido por el adsorbente (8) antes de obturar la vasija.