Dispositivo de regulación térmica de red de tubos de calor capilares interconectados.

Dispositivo de regulación térmica, que comprende al menos una red (30) de tubos de calor capilares (31),

en losque cada tubo de calor (31) comprende un tubo (32) que encierra a una estructura capilar (35) longitudinalsensiblemente anular, para la circulación de un fluido caloportador difásico en fase líquida, y que rodea a un canalcentral (34) para la circulación del citado fluido caloportador difásico en fase vapor, caracterizado porque los tubos(32) de al menos dos tubos de calor (31) de la red (30) se entrecruzan y están interconectados de tal modo que anivel de cada intersección de tubos de calor (31) que forman un nudo (36, 37, 38) de la red (30), puede efectuarseun intercambio de fluido en fase líquida por capilaridad entre las estructuras capilares (35) de los citados al menosdos tubos de calor (31), y porque, simultáneamente, puede efectuarse un intercambio de fluido en fase vapor porlibre circulación entre los canales centrales (34) de los citados al menos dos tubos de calor (31).

Dispositivo de regulación térmica de red de tubos de calor capilares interconectados.

La presente invención concierne a un dispositivo de regulación térmica del tipo basado en tubos de calor capilares de transferencia térmica con circulación de fluido, utilizados para la refrigeración, respectivamente el recalentamiento, de fuentes calientes, respectivamente frías, e interconectados en al menos una red. El documento US 5.216.580 divulga un dispositivo correspondiente al preámbulo de la reivindicación 1.

El objetivo de esta reivindicación difiere del dispositivo conocido en su parte caracterizante.

Mientras que un tubo capilar es un simple tubo hueco cuya pared interna es lisa, un tubo de calor capilar de transferencia térmica 1 está formado, en una variante la más común y la más económica del estado de la técnica, y como está representado esquemáticamente en cortes longitudinal y transversal en las figuras 1a y 1b, respectivamente, por un tubo hueco 2 que presenta ranuras internas 3 longitudinales extruidas en la masa a partir de su cara interna y que rodean a un canal central 4.

En otras variantes, como está representado esquemáticamente en el corte transversal de la figura 1c, el canal central 4 está rodeado por una estructura sensiblemente anular de un material poroso tal como, por ejemplo, cobre poroso, o cualquier otra estructura porosa 5, que tapice a la pared interna del tubo 2. Estas estructuras particulares (ranuras 3, estructura o material poroso 5) son denominadas en lo que sigue « estructuras capilares », y están generalmente dispuestas a nivel de la superficie interna del tubo 2 del tubo de calor capilar 1 para retener la fase líquida de un fluido caloportador a este nivel, y separarla de la fase vapor, que circula por el interior del canal central

4. El tubo de calor 1 tiene así dos dimensiones capilares diferentes (por ejemplo el diámetro del canal central 4 y el espesor o dimensión radial de la estructura capilar 3, 5) , que permiten un flujo disociado (en co-corriente o en contracorriente) de la fase líquida y de la fase vapor del fluido utilizado para transportar el calor.

Un tubo de calor capilar 1 de acuerdo con el estado de la técnica comprende en general un tubo 2 lineal, o comprendiendo al menos un tramo, cerrado en sus dos extremidades, y lleno de un fluido caloportador difásico a una presión adaptada, que permite el transporte del calor por evaporación, flujo del vapor, y condensación del fluido.

El tubo de calor capilar 1 se presenta generalmente en forma de una barra, eventualmente acodada en ciertos lugares, cuyas dimensiones están adaptadas a las necesidades. La sección transversal del tubo 2 puede ser por ejemplo de forma circular o cuadrangular. El tubo 2 puede estar en contacto térmico directo con al menos una fuente caliente tal como 6 en la figura 1a y al menos una fuente fría tal como 7 en la figura 1a, o en contacto térmico con al menos una base, a su vez en contacto térmico con al menos una fuente caliente o al menos una fuente fría.

El tubo de calor capilar 1 une una o varias fuentes calientes 6 (por ejemplo equipos electrónicos disipadores de calor o recalentadores) , a nivel de una zona de evaporación 8, a una o varias fuentes frías 7 (por ejemplo radiadores, o equipos o estructuras que hay que recalentar) , a nivel de una zona de condensación 9. La fase líquida del fluido circula desde la zona de condensación 9, en relación de intercambio térmico con la o las fuentes frías 7, hacia la zona de evaporación 8, en relación de intercambio térmico con la o las fuentes calientes 6, a través de la estructura capilar 3, 5 que tapiza a la pared del tubo 2. En la zona de evaporación 8, en contacto con la o las fuentes calientes 6, el líquido se vaporiza, y el vapor así formado se evacua a través del canal central 4 del tubo 2 hacia la zona de condensación 9, donde el vapor se condensa en fase líquida liberando calor hacia la o las fuentes frías 7.

En oposición a un tubo de calor capilar 1 tal como el descrito anteriormente refiriéndose a las figuras 1a a 1c, existen tubos de calor denominados oscilantes, constituidos por simples tubos capilares (tubos huecos de pequeño diámetro interno, por ejemplo 2 mm a 5 mm) unidos e interconectados extremo con extremo a fin de constituir uno o varios bucles. Este conducto capilar, en el que las extremidades opuestas del o de los bucles están en relación de intercambio térmico con, por un lado, un evaporador y, por el otro, un condensador, está lleno de un fluido caloportador presente en sus dos fases (líquida y vapor) . El flujo de las fases es exclusivamente en co-corriente, siendo empujados segmentos o « tapones » de líquido por burbujas de vapor formadas por absorción de calor a nivel de la zona de evaporación acoplada térmicamente a una o varias fuentes calientes. Así, el conducto capilar cerrado, parcialmente lleno de líquido puesto por la zona de evaporación en contacto térmico con la o las fuentes calientes, favorece la expansión sucesivamente de burbujas de vapor de una longitud que puede llegar hasta varios milímetros (típicamente 5 mm a 10 mm) . La expansión de estas burbujas de vapor empuja a « tapones » de líquido sucesivos, de modo que el desplazamiento de estos tapones y de estas burbujas pone líquido y vapor en contacto térmico, por la zona de condensación, con una o varias fuentes frías, lo que condensa vapor en líquido. Así, el flujo del fluido líquido en este circuito cerrado favorece el retorno de líquido hacia la zona de evaporación, y la generación de una nueva burbuja a nivel de esta última. Resulta así que los segmentos líquidos y las burbujas de gas se desplazan globalmente y alternativamente hacia la zona de evaporación y hacia la zona de condensación.

Tubos de calor capilares oscilantes de este tipo están descritos por ejemplo en los documentos US 4.921.041 y US

5.219.020 a los cuales se hará referencia para más precisiones a este respecto.

El funcionamiento de un tubo de calor capilar es por tanto diferente, y mucho más eficaz, que el de un simple tubo capilar utilizado en los tubos de calor oscilantes o todavía en tubos de calor en co-corriente de acuerdo con el documento US 6.269.865 y tal como el descrito en lo que sigue refiriéndose a la figura 2 (que corresponde a la figura 3 del documento US 6.269.865) . En efecto, un tubo capilar, cuya pared interna es lisa, está limitado en capacidad de bombeo a un valor inversamente proporcional al diámetro del tubo, o sea menos de 100 Pa. Un tubo de calor capilar, habida cuenta de la pequeña dimensión capilar de la estructura porosa o de las ranuras en la pared interna, permite obtener capacidades de bombeo superiores a 500 Pa. Contrariamente a un tubo capilar, un tubo de calor capilar permite, por otra parte, homogeneizar la temperatura a lo largo del tubo del tubo de calor, pudiendo fluir las fases líquida y vapor del fluido independientemente una de la otra en las dos direcciones del tubo en función de los diferentes puntos calientes y puntos fríos a lo largo del tubo de calor.

Como está representado en la figura 2, el documento US 6.269.865 describe un tubo de calor en red 11 de simples tubos capilares 12 interconectados formando bucles 13 cerrados, sensiblemente cuadrados o rectangulares, en comunicación entre ellos y con dos tubos capilares respectivamente de entrada 12a y de salida 12b, que se cierran en las extremidades opuestas de un intercambiador de calor. Este intercambiador puede funcionar como evaporador 18, si este es puesto en contacto térmico con al menos una fuente caliente 16 y si la red 11 funciona como unidad de disipación de calor, en contacto térmico con al menos una fuente fría o pozo de calor. Este intercambiador puede funcionar igualmente como condensador 19, si éste es puesto en contacto térmico con al menos una fuente fría y si la red 11 funciona como unidad de captación de calor, en contacto térmico con al menos una fuente caliente.

En la red 11 se ve aparecer claramente la sucesión de tapones de líquido 14 y de burbujas de vapor 15. Este tipo de red 11 es utilizado para disipar calor producido en una fuente caliente tal como 16. Las limitaciones en prestaciones de tal sistema con respecto a los tubos de calor capilares han sido explicadas anteriormente. Además, esta red 11 solamente funciona si ésta está unida a una unidad de absorción de calor 18, en relación de intercambio térmico con al menos una fuente caliente 16, estando esta unidad 18 disociada de la red 11 utilizada para la disipación térmica. La unidad de absorción 18 debe vaporizar el fluido a la entrada 12a de la red 11 de tubos capilares. El vapor 15 así creado es condensado a nivel de la red 11 en contacto con al menos una fuente fría,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de regulación térmica, que comprende al menos una red (30) de tubos de calor capilares (31) , en los que cada tubo de calor (31) comprende un tubo (32) que encierra a una estructura capilar (35) longitudinal sensiblemente anular, para la circulación de un fluido caloportador difásico en fase líquida, y que rodea a un canal central (34) para la circulación del citado fluido caloportador difásico en fase vapor, caracterizado porque los tubos (32) de al menos dos tubos de calor (31) de la red (30) se entrecruzan y están interconectados de tal modo que a nivel de cada intersección de tubos de calor (31) que forman un nudo (36, 37, 38) de la red (30) , puede efectuarse un intercambio de fluido en fase líquida por capilaridad entre las estructuras capilares (35) de los citados al menos dos tubos de calor (31) , y porque, simultáneamente, puede efectuarse un intercambio de fluido en fase vapor por libre circulación entre los canales centrales (34) de los citados al menos dos tubos de calor (31) .

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque a nivel de cada nudo (36, 37, 38) de la red (30) , las estructuras capilares (35) de todos los ramales de tubo de calor (31) que desembocan en el citado nudo (36, 37, 38) aseguran una continuidad capilar para el fluido en fase líquida, de modo que el fluido en fase líquida que llega al citado nudo (36, 37, 38) por cualquier ramal de tubo de calor (31) que desemboca en el citado nudo puede fluir por capilaridad por todos los otros ramales de tubo de calor (31) que desembocan en el citado nudo (36, 37, 38) .

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque en cada nudo (36, 37, 38) de la red (30) , las estructuras capilares (35) de los ramales de tubo de calor (31) que desembocan en el citado nudo (36, 37, 38) no presentan entre sí discontinuidad de tamaño superior a la dimensión típica de un poro o de una ranura de la estructura capilar (35) de los tubos de calor (31) , según que esta estructura (35) comprenda respectivamente un material poroso o ranuras internas al tubo (32) correspondientes.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque a nivel de cada nudo (36, 37, 38) de la red (30) , los canales centrales (34) de todos los ramales de tubo de calor (31) que desembocan en el citado nudo (36, 37, 38) aseguran, simultáneamente a la continuidad de flujo del fluido en fase líquida, una continuidad de flujo del fluido en fase vapor, de modo que el fluido en fase vapor que llega al citado nudo (36, 37, 38) por cualquier ramal de tubo de calor (31) que desemboca en el citado nudo (36, 37, 38) , puede fluir por todos los otros ramales de tubo de calor (31) que desembocan en el citado nudo (36, 37, 38) .

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque en cada nudo (36, 37, 38) de la red (30) , la continuidad de flujo del fluido en fase vapor es asegurada, entre los canales centrales (34) de los ramales de tubo de calor (31) que desembocan en el citado nudo (36, 37, 38) , por un conducto de flujo en el que al menos una dimensión típica o la sección de paso es sensiblemente igual al menos a una dimensión típica o a la sección de paso de los canales centrales (34) de los citados ramales de tubo de calor (31) que desembocan en el citado nudo (36, 37, 38) .

6. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque al menos un tubo de calor (31g) de la red (30) comprende al menos un ramal (31g4) que difiere de los ramales de al menos otro tubo de calor (31) de la red (30) , a nivel de la estructura capilar (35) y/o de al menos una dimensión típica del citado ramal (31g4) de tubo de calor (31g) .

7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la citada al menos una red (30) de tubos de calor (31) es una red de dos dimensiones, que comprende dos pluralidades de tubos de calor (31a - 31d; 31e - 31i) tales que los tubos de calor de cada pluralidad están orientados, al menos en una parte de su longitud, sensiblemente según una respectivamente de dos direcciones, inclinadas una con respecto a la otra, y preferentemente perpendiculares entre sí, de modo que los tubos de calor (31a -31d; 31e – 31i) de las dos pluralidades se entrecruzan y están interconectados en su cruce.

8. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la citada al menos una red de tubos de calor (61) es una red de tres dimensiones, que comprende, al menos en un nudo (65) de la red, al menos tres ramales de tubo de calor (61) orientados al menos en una parte de su longitud según respectivamente tres direcciones inclinadas, dos a dos, una con respecto a otra, y preferentemente perpendiculares entre sí, dos a dos, entrecruzándose y estando interconectados los citados al menos tres ramales de tubo de calor (61) .

9. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque al menos en un nudo de la red, los al menos dos tubos de calor (41) que se entrecruzan y están interconectados en el citado nudo tienen sus respectivos tubo (42) y estructura capilar (43) recortados según recortes (45) de formas complementarias tales que los tubos de calor (41) se encajan a nivel de los recortes (45) reconstituyendo una continuidad de pared de los tubos (42) , solidarizados entre sí a lo largo de los recortes (45) , una continuidad capilar a lo largo de las estructuras capilares (43) y una continuidad de flujo a lo largo de los canales (44) de los citados tubos de calor (41) .

10. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque al menos un nudo de la red comprende una pieza de unión (55, 65) hueca, denominada cruceta, que asegura la interconexión entre sí de todos los ramales de tubo de calor (51, 61) que desembocan en el citado nudo, comprendiendo la citada pieza de unión (55, 65) ramales de unión (56, 66) tubulares, en número igual a los ramales de tubo de calor (51, 61) que se

interconectan en el citado nudo, rodeando cada uno con una estructura capilar (58, 68) interna y sensiblemente anular a un canal central (59, 69) , conectándose cada ramal de unión (56, 66) a los otros ramales de unión (56, 66) por una extremidad longitudinal, denominada extremidad interna, y a un respectivo ramal de tubo de calor (51, 61) por su extremidad longitudinal opuesta, denominada extremidad externa, de modo que la estructura capilar (58, 68) de cada ramal de unión (56, 66) queda en continuidad capilar, en su extremidad externa, con la estructura capilar (53, 63) del citado ramal de tubo de calor (51, 61) correspondiente, y queda en continuidad capilar (58, 68) en su extremidad interna, con la estructura capilar de cada uno de los otros ramales de unión (56, 66) , y de modo que su canal central (59, 69) queda en comunicación, en su extremidad externa, con el canal central (54, 64) del citado ramal de tubo de calor (51, 61) correspondiente, y su extremidad interna con el canal central (59, 69) de cada uno de los otros ramales de unión (56, 66) .

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la estructura capilar (53, 63) de los tubos de calor (51, 61) constituida por ranuras está en continuidad capilar con la estructura capilar (58, 68) de los ramales de unión (56, 66) de las crucetas (55, 65) , constituida por una estructura porosa o un material poroso, que presenta una permeabilidad elevada, con un diámetro de poro de la estructura o del material poroso que no es superior a dos veces la abertura de las citadas ranuras.

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la estructura capilar de los tubos de calor constituida por una estructura porosa o por un material poroso está en continuidad capilar con la estructura capilar (58, 68) de los ramales de unión (56, 66) de las crucetas (55, 65) , constituida igualmente por una estructura porosa o por un material poroso, que presenta una permeabilidad elevada con un diámetro de poro que no es superior al diámetro de poro de la estructura porosa o de un material poroso de los tubos de calor.

13. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque una cruceta (55, 65) está dispuesta para conectar de dos a ocho ramales de tubo de calor (51, 61) , en una red de dos o tres dimensiones.

14. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la citada al menos una red (80) de tubos de calor (81) está integrada al menos en parte en la masa de una estructura (88) , cuya temperatura hay que controlar.

15. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque una parte de la citada al menos una red (70) de tubos de calor (71) está en contacto térmico con al menos una fuente caliente (72a, 72b) , respectivamente fría (72c) , y otra parte de la citada red (70) , está en contacto térmico con al menos una fuente fría (72c) , respectivamente caliente (72a, 72b) .

16. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque comprende además al menos un bucle fluido (73) , preferentemente difásico de bombeo capilar, para transportar calor de la citada al menos una red (70) de tubos de calor (71) hacia al menos una fuente fría desplazada (76) , estando la zona de evaporación (74) del bucle fluido (73) en contacto térmico con al menos una parte de la red (70) de tubos de calor (71) .

17. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque comprende además al menos un bucle fluido (73) , preferentemente difásico de bombeo capilar, para transportar calor de al menos una fuente caliente desplazada hacia la citada al menos una red (70) de tubos de calor (71) , estando a zona de condensación (75) del bucle fluido (73) en contacto térmico con al menos una parte de la citada red (70) de tubos de calor (71) .

18. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque la citada al menos una red (80) de tubos de calor (81) es una parte integrante de una estructura portante (88) a la cual está fijada al menos una fuente caliente (85) y/o al menos una fuente fría.

19. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque la citada estructura portante está constituida por la citada al menos una red de tubos de calor, apta para soportar equipos disipadores.

20. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque comprende además al menos un sensor de temperatura dispuesto en la citada al menos una red de tubos de calor o en la proximidad de al menos un elemento en contacto térmico con la citada al menos una red, y al menos un órgano calefactor, respectivamente refrigerante, en contacto térmico con la citada al menos una red, de modo que la temperatura de la citada al menos una red o del citado al menos un elemento es controlada aplicando una consigna de potencia térmica que hay que producir por el citado al menos un órgano calefactor, respectivamente refrigerante, en función de desvíos constatados entre las mediciones de temperatura proporcionadas por el citado al menos un sensor de temperatura y una consigna de temperatura.

21. Aplicación de un dispositivo de regulación térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20 a la refrigeración de una antena activa que comprende baldosas (85) de radiofrecuencia (RF) , en las que las características dimensionales son semejantes y las características de potencia disipada son eventualmente

diferentes, y que están dispuestas, preferentemente regularmente, sobre una estructura portante (88) en forma de parrilla, caracterizada porque al menos una red (80) de tubos de calor (81) del citado dispositivo está integrada en la citada estructura portante (88) de la antena activa, y el calor recogido por la citada red (80) es evacuado hacia al menos un radiador por al menos una prolongación de la citada red (80) de tubos de calor (81) y/o al menos otra red

de tubos de calor y/o al menos un bucle fluido (89) del citado dispositivo.

22. Aplicación de un dispositivo de regulación térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20 a la refrigeración de un muro portador de equipos electrónicos (72a, 72b, 72c) , caracterizada porque al menos una red (70) de tubos de calor (71) del citado dispositivo está fijada al menos a una piel térmicamente conductora del muro y, preferentemente, entre dos pieles térmicamente conductoras del citado muro, y el calor recogido por la citada al menos una red (70) de tubos de calor (71) es evacuado hacia al menos una fuente fría (76) , tal como un radiador, por al menos una prolongación de la citada red de tubos de calor y/o al menos otra red (70) de tubos de calor (71) y/o al menos un bucle fluido (73) del citado dispositivo.