ENFRIAR UN CUERPO U OBJETO

La presente invención se refiere a un dispositivo refrigerador que comprende un fluido criogénico, y a un procedimiento para enfriar un cuerpo u objeto por contacto indirecto con dicho fluido refrigerante criogénico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidos dispositivos refrigeradores que comprenden un fluido criogénico para refrigerar cuerpos u objetos por contacto.

Algunos de dispositivos refrigeradores disponen de una cámara de enfriamiento cuyo aire se enfria por contacto directo o indirecto con dicho fluido criogénico. Estos dispositivos refrigeradores se emplean habitualmente para conservar a muy bajas temperaturas material biológico, como por ejemplo, embriones. La patente europea EP1793185 describe uno de dichos dispositivos en el que el aire se hace circular a través de un conducto desde la cámara en la que se halla el cuerpo u objeto a enfriar hasta una segunda cámara en la que se halla el fluido criogénico. El intercambio de calor entre el aire y el fluido se lleva a cabo en la segunda cámara a través de una superficie del propio conducto que está en contacto directo con el fluido. El aire frío generado es conducido de nuevo hasta la cámara en la que se encuentra el material, a través del mismo conducto. Un circuito de control monitoriza la temperatura de la primera cámara, y controla la velocidad del aire circulante en función de la temperatura que se desea tener en la cámara de enfriamiento.

El dispositivo refrigerador descrito resulta adecuado para congelar y conservar materiales a temperaturas criogénicas. Sin embargo, no resulta adecuado para simplemente refrigerar materiales o, para por ejemplo, congelar materiales a temperaturas superiores a las criogénicas, como lo son las empleadas habitualmente en los congeladores domésticos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando un dispositivo refrigerador y un procedimiento para enfriar cuerpos u objetos que presenta las ventajas que se describen a continuación.

De acuerdo con este objetivo, según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo refrigerador que comprende una cámara en la que se dispone un cuerpo u objeto a enfriar, un recinto que comprende un fluido refrigerante criogénico, un conducto para conducir aire de dicha cámara hacia dicho recinto en el que dicho aire se enfria por contacto indirecto con el fluido, medios de circulación forzada de aire a través de dicho conducto para enfriar dicha cámara, y medios de control de dichos medios de circulación forzada de aire en función de la temperatura de dicha cámara. El dispositivo se caracteriza por el hecho de que dicho recinto comprende un depósito para almacenar dicho fluido, y dicho depósito, un elemento para transmitir por contacto calor al fluido, y por el hecho de que dicho conducto comprende un tramo, en el interior de dicho recinto, dispuesto asociado a dicho elemento de transmisión del depósito, de modo que el calor del aire de dicho conducto es transmitido por contacto directo o indirecto con dicho elemento al fluido almacenado en el depósito . Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para enfriar un cuerpo u objeto por contacto indirecto con un fluido criogénico que comprende las etapas de; a) disponer el cuerpo u objeto a enfriar en una cámara, y en un recinto, dicho fluido criogénico, b) forzar, a través de un conducto, la circulación de aire de dicha cámara hacia dicho recinto en el que dicho aire se enfria por contacto indirecto con dicho fluido, c) enfriar dicha cámara mediante el aire frío de dicho conducto, hasta que la temperatura del aire de dicha cámara alcanza un valor predeterminado, y que se caracteriza por el hecho de que dicho recinto comprende un depósito para almacenar dicho fluido, y dicho depósito, un elemento para transmitir por contacto calor a dicho fluido, y por el hecho de que la etapa b) comprende la etapa de enfriar el aire del conducto por contacto directo o indirecto con dicho elemento.

En el dispositivo y procedimiento de la presente invención, el intercambio de calor entre el aire y el fluido se lleva a cabo a través de un elemento de transmisión de calor asociado al depósito en el que se almacena el fluido, y no a través de la superficie del propio conducto de aire como ocurre con los dispositivos del estado de la técnica. Gracias a ello, la temperatura del aire de la cámara de enfriamiento puede controlarse de un modo mucho más exacto, puesto que dicho elemento puede diseñarse con el material, la forma y el tamaño adecuados para transmitir una predeterminada cantidad de calor al fluido. Por otro lado, al ser dicho elemento, y no el conducto de aire, la fuente de aire frío que está en contacto con el fluido, resulta mucho más fácil controlar la entrada de aire frío a la cámara de enfriamiento, lo que incide positivamente en el control de la temperatura de dicha cámara. Gracias a ello, el dispositivo reivindicado puede proporcionar temperaturas similares a las que proporciona un refrigerador o congelador doméstico, pero con la ventaja de que es prácticamente autónomo, puesto que requiere un consumo de energía muy bajo.

Según el primer aspecto, la presente invención se refiere a un dispositivo en el que, preferentemente, dicho depósito es un depósito criogénico cuya pared comprende dicho elemento de transmisión de calor. El depósito criogénico permite almacenar el fluido bajo presión, proporcionando una autonomía al dispositivo, superior a 4 días para una carga aproximada de fluido de cuatro litros.

Según una realización preferida del dispositivo, dicho elemento de transmisión comprende una pieza cuya superficie exterior está en contacto con una superficie de dicho conducto, de modo que el calor del aire de dicho conducto es transmitido por contacto con dicha conducto a dicho elemento, y de éste al fluido del depósito.

De este modo, la cantidad de calor transmitida al fluido puede modularse fácilmente, variando el tamaño y el material de dicha pieza.

Ventajosamente, las superficies de dicho conducto y de dicha pieza del elemento comprenden medios de encaje mutuo. De este modo, se asegura un contacto eficiente para la transmisión de calor.

Preferentemente, dicho elemento de transmisión de calor comprende una segunda pieza que se extiende en el interior del depósito para contactar con el fluido. De este modo, se asegura siempre el contacto del elemento de transmisión de calor con el fluido almacenado en el depósito .

Otra vez preferentemente, dicho dispositivo comprende medios para cerrar o abrir la entrada y salida de aire de dicha cámara a través de dicho conducto. De este modo, la cámara de enfriamiento no queda expuesta al aire frío asociado al conducto, por lo que se evita que su temperatura varíe por contacto con dicho aire frío. Gracias a ello, se asegura un control más exacto de la temperatura de la cámara. Ventajosamente, dichos medios para cerrar o abrir la entrada y salida de aire son capaces de aislar térmicamente el aire de dicha cámara del aire de dicho conducto .

Según la misma realización preferida, dicho dispositivo comprende una carcasa exterior, y una pared estanca, en el interior de dicha carcasa, que separa dicha cámara del recinto en el que se halla el depósito.

De este modo, la atmósfera que rodea la cámara de enfriamiento queda completamente aislada de la zona de transmisión de calor en la que se halla la fuente de frío, lo que facilita todavía más el control de temperatura. Por otro lado, la pared estanca posibilita que la atmósfera del recinto en el que se halla el depósito pueda ser tratada para eliminar la humedad, evitando así la formación de hielo.

Preferentemente, según la misma realización preferida dicho dispositivo comprende medios de calentamiento del aire de dicha cámara. De este modo, puede corregirse eficazmente la temperatura de la cámara, si ésta desciende más de los deseado, por lo que resulta muy fácil mantener la temperatura de la cámara dentro de un rango de temperaturas preestablecido que puede oscilar, preferentemente, entre los 25 ⁰ C y los - 4O ⁰ C.

Tal y como se ha comentado anteriormente, a diferencia de los dispositivos del estado de la técnica, el uso del dispositivo reivindicado no se encuentra limitado únicamente al campo de la conservación criogénica, sino que resulta útil para aplicar en múltiples campos y ambientes; conservación de alimentos, de vacunas, medicinas, órganos, productos industriales diversos, etc....

Ventajosamente, dichos medios de calentamiento comprenden una entrada de aire procedente del exterior del dispositivo en dicha cámara, y dicho dispositivo, medios para abrir o cerrar la entrada de aire exterior en función de la temperatura de dicho aire y del aire de la cámara.

De este modo, se puede utilizar el aire exterior para calentar la cámara, por lo que se ahorra energía, permitiendo que el dispositivo sea todavía más autónomo. Opcionalmente, dichos medios de calentamiento comprenden una resistencia eléctrica o química para calentar el aire de la cámara.

Preferentemente, dichos medios de circulación forzada de aire a través de dicho conducto comprenden un ventilador dispuesto en el interior de dicha cámara para permitir la homogeneización del aire y para facilitar la entrada del mencionado aire exterior cuando es necesario.

Según el segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para enfriar un cuerpo u objeto que, preferentemente, comprende la etapa de calentar el aire de dicha cámara forzando la entrada de aire exterior al dispositivo para mantener la temperatura de dicha cámara dentro de un rango de valores predeterminado.

De este modo, la atmósfera de la cámara puede calentarse de un modo muy eficiente y económico, para mantener su temperatura dentro de unos valores preestablecidos que, preferentemente estarán comprendidos entre 25 ⁰ C y -4O ⁰ C.

Según una realización, el procedimiento comprende la etapa de medir la temperatura de dicho aire exterior y la etapa de calentar el aire de dicha cámara mediante resistencias eléctricas o químicas, si la temperatura de dicho aire exterior es inferior a un valor preestablecido.

En la presente invención, por fluido criogénico se entenderá preferentemente, cualquier líquido cuyo punto de ebullición esta por debajo de -90 ⁰ C a una presión absoluta de 101.325 kPa .

Ventajosamente, dicho fluido criogénico será el nitrógeno liquido, puesto que este fluido es seguro y económico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

En dichos dibujos, la figura 1 muestra una sección transversal de una realización del dispositivo. la figura 2 muestra una vista en perspectiva del conducto a través del que circula el aire frió. la figura 3 muestra una vista en perspectiva del exterior del depósito y del elemento de transmisión de calor dispuesto en la pared de dicho depósito. la figura 4 muestra un detalle de una parte del elemento de transmisión de calor de la figura 3. la figura 5 muestra una vista interior del depósito en la que se aprecia el elemento de transmisión de calor dispuesto en la pared. la figura 6 es un dibujo esquemático del circuito de refrigeración y calentamiento del dispositivo.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

Tal y como puede verse en la figura 1, el dispositivo 1 refrigerador de la presente invención es un dispositivo portátil que consta de una carcasa 2 en cuyo interior se aloja una cámara 3 de enfriamiento, un depósito 4 para almacenar fluido criogénico, y un conducto 5 para conducir aire de dicha cámara 3 hacia el recinto 6 estanco en el que se halla el fluido refrigerante con el que dicho aire se enfria. En la realización que se describe el fluido empleado es el nitrógeno liquido, sin embargo, cualquier otro tipo de fluido criogénico podría ser empleado.

En la realización que se describe, la pared 7 del depósito 4 presenta un elemento 8 de transmisión de calor que está dispuesto asociado al conducto 5 de aire, de modo que el calor del aire que circula por dicho conducto 5 es transmitido al fluido almacenado en el depósito 4, por contacto directo o indirecto con dicho elemento 8.

Asi, a diferencia de lo que ocurre en los dispositivos del estado de la técnica, en el dispositivo 1 de la presente invención el intercambio de calor entre el aire y el fluido se lleva a cabo a través de un elemento 8 de transmisión especialmente diseñado para este fin, y no a través del propio conducto 5 de aire que está en contacto con el fluido. De este modo, tal y como se ha comentado anteriormente, es mucho más fácil controlar la temperatura de la cámara 3, puesto que es dicho elemento 8, y no dicho conducto 5, el que está en contacto con el fluido .

El aire frió que se genera en la zona de intercambio de calor del elemento 8 es recirculado a la cámara 3, a través del mismo conducto 5, hasta que dicha cámara 3 alcanza una temperatura predeterminada. Para ello, el dispositivo 1 viene provisto de una placa de control y de una pluralidad de sondas o sensores 9 que miden la temperatura interior de la cámara 3 y la temperatura del aire exterior del dispositivo 1. En función de la temperatura deseada y de la temperatura interior de la cámara 3 medida por el sensor, la placa de control determina el tiempo de funcionamiento y la velocidad del ventilador 10 que fuerza la circulación del aire en el interior del conducto 5.

En la realización que se describe, el dispositivo 1 viene provisto de unas electro-compuertas 11 aislantes que tienen la función de abrir o cerrar la entrada y salida de aire de la cámara 3 a través de dicho conducto 5. Dichas compuertas 11 se cierran siempre que la temperatura de la cámara 3 se encuentra dentro de los parámetros elegidos evitando que la temperatura del aire de la cámara 3 varíe por contacto con el aire frío del conducto 5.

Tal y como puede verse en la figura 1, el elemento 8 de transmisión de calor consta de una primera pieza 12 cuya superficie exterior 13 está en contacto con una pared 14 del conducto 5, y de una segunda pieza 15, que se extiende en el interior del depósito 4 para contactar con el fluido. El tamaño y material de las piezas 12, 15 del elemento 8 puede ser muy variado en función de la cantidad de calor que se desee transmitir. En la realización que se describe, dichas piezas son metálicas. La figura 2 representa el conducto 5 del dispositivo 1, en el que se aprecia el tramo 5a que está asociado al elemento 8 de transmisión el interior del recinto estanco 6.

En la realización que se describe, la pared 14 del conducto 5, y la superficie 13 exterior de la pieza 12 del elemento 8, están configuradas para encajar mutuamente, asegurando de este modo una eficaz transmisión del calor por contacto. La figura 4 muestra un detalle de la unión entre dicha pieza 12 y la pared 14 del conducto 5.

Las figuras 3 y 5 representan vistas en perspectiva del depósito 4 en el que se almacena el fluido criogénico. En la realización que se describe, dicho depósito 4 es un depósito 4 criogénico que alberga bajo presión el mencionado fluido, proporcionando una autonomía al dispositivo superior a 3 días. Sin embargo, cualquier otro tipo de depósito resultaría válido para fabricar el dispositivo 1. Por ejemplo, dicho depósito 4 podría estar constituido por las propias paredes de la carcasa 2 y la pared 16 estanca que determinan el recinto 6 del dispositivo 1.

El depósito 4 puede recargarse fácilmente a través de un tubo de carga 17 del propio dispositivo 1. En este sentido, una sonda o sensor 18 de presión dispuesta en la base del depósito 4, permite calcular el peso e indicar, mediante la placa de control, el nivel del fluido.

Tal y como se ha comentado, el dispositivo 1 prevé el calentamiento del aire de la cámara 3 mediante aire exterior, o resistencias 19 dispuestas en la misma cámara 3. Para ello, tal y como puede verse de forma esquemática en la figura 6, se ha previsto, junto a la entrada de aire procedente del conducto 5, una entrada de aire procedente del exterior que está igualmente protegida por un electro- compuerta aislante 20. En la misma entrada de aire se han montado las resistencias 19.

Cuando es necesario calentar el aire de la cámara, la placa de control del dispositivo 1 abre el paso de la entrada 20 de aire procedente del exterior y acciona el ventilador 10 para introducir dicho aire en la cámara 3. La temperatura del aire exterior se controla mediante un sensor 9a, de modo que, si la temperatura es inferior a la que se desea obtener en la cámara 3, entonces dicha placa de control activa las resistencias 19.

A continuación se describe el funcionamiento del dispositivo de la presente invención.

El inicio de la sesión de uso se efectúa con la puesta en marcha del sistema de control que permite ver en una pantalla, el nivel de batería, el nivel de fluido refrigerante existente en el depósito 4, así como la temperatura del interior de la cámara 3. Una vez comprobado que se dispone de suficiente energía y fluido refrigerante, el sistema de control pregunta por la temperatura de trabajo que se desea tener en la cámara 3 de enfriamiento y el rango de temperaturas de trabajo (nivel de exactitud) que se desea. Introducidos ambos parámetros, la placa de control inicia la sesión dando las órdenes para la apertura de las compuertas 11 del conducto de aire 5, y el accionamiento del ventilador 10. Entonces, el aire de la cámara 3 empieza a circular por el conducto 5 hasta el tramo 5a donde dicho aire se enfría al pasar por la zona de intercambio de calor, constituida por la pared 14 del propio conducto 5 y el elemento de transmisión 8, que está en contacto con el fluido del depósito 4. El aire de la cámara 3 se enfría progresivamente mediante el aire frío del conducto 5 hasta que la temperatura de dicha cámara 3 alcanza el valor preestablecido. En este momento las compuertas 11 del conducto 5 se cierran, evitando que el aire frío del conducto 5 varíe por contacto la temperatura de la cámara 3.

Una vez conseguida la temperatura deseada, el sistema de control permanece en alerta según temperatura preestablecida y modo de funcionamiento (nivel de exactitud) , para reactivar el circuito de refrigeración si fuera necesario, o, eventualmente, activar el circuito de calentamiento. El mismo sistema de control permanece también en alerta para avisar, mediante señales acústicas si fuera necesario, acerca de los niveles de reserva tanto de la batería como del fluido.

En caso de que fuera necesario activar el circuito de calentamiento del aire de la cámara 3, se procedería con la apertura de la compuerta 20 y con el accionamiento del ventilador 10 para introducir aire del exterior de forma intermitente hasta que la temperatura de la cámara 3 fuera la deseada. Si el aire exterior estuviera por debajo de la temperatura deseada, se activarían las resistencias 19.

Tal y como se ha comentado en la descripción de la invención, el dispositivo 1 reivindicado proporciona temperaturas similares a las que proporciona un refrigerador o congelador doméstico, pero con la ventaja de que es portátil y prácticamente autónomo, puesto que puede funcionar con baterías recargables ya que sólo tiene el consumo eléctrico que necesitan los sensores 9, el ventilador 10 y los elementos de control.

A pesar de que se ha descrito y representado una realización concreta de la presente invención, es evidente que el experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, a pesar de que en la realización descrita el calor del aire que circula por el conducto 5 es transmitido por contacto directo con el elemento 8 al fluido almacenado en el depósito, también sería posible que el calor del aire fuera transmitido al elemento 8 por contacto directo de dicho aire con dicho elemento 8. Para ello, en este caso, el elemento 8 estaría asociado al tramo de conducto 5a por medio de alguna pieza del elemento 8 que penetraría en el interior del conducto 5a para contactar el aire.