PROCEDIMIENTO DE ENFRIAMIENTO.

Un procedimiento para enfriar una torreta de radar de infrarrojos para observación (10),

que comprende: hacer fluir un refrigerante saturado (46) a través de una pluralidad de conductos (50, 52) de un elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10) a la vez que el refrigerante (46) se mantiene a una presión sustancialmente constante, recibiendo el elemento óptico (12) radiación infrarroja a través de una ventana (16) y redirigiendo y/o enfocando la energía infrarroja a un punto deseado y evaporar al menos una parte del refrigerante (46) a una temperatura sustancialmente constante por todos los conductos (50, 52) del elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10), la pluralidad de conductos (50, 52) extendidos por el elemento óptico para proporcionar una distribución de temperatura uniforme en todo el elemento óptico (12), comprendiendo además hacer circular el refrigerante (46) en un circuito (a-b-c-d-h-i-j-e-f) que incluye los conductos (50, 52), comprendiendo además enfriar el refrigerante (46) antes de hacer fluir el refrigerante (46) a través de los conductos (50, 52), en el que el enfriamiento del refrigerante (46) comprende enfriar el refrigerante (46) por medio de un intercambiador de calor (144) del circuito (a-b-c-d-h-i-j-ef), comprendiendo el procedimiento redirigir el refrigerante (46) para que fluya en un segundo circuito (ab-g-i-j-e-f) que no incluye el intercambiador de calor (144) al alcanzar el refrigerante (46) una temperatura determinada

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E05253902.

Solicitante: RAYTHEON COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 870 WINTER STREET WALTHAM MA 02451-1449 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: WYATT,WILLIAM,GERALD, Price,Donald C, Schwartz,Gary J.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 23 de Junio de 2005.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F25B21/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › F25B 21/00 Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan efectos eléctricos o magnéticos. › utilizando el efecto Peltier; utilizando el efecto Nerns-Ettinghausen (elementos termoeléctricos H01L 35/00, H01L 37/00).
  • F25B23/00C
  • F25B25/00 F25B […] › Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan una combinación de los principios de funcionamiento comprendidos en dos o más de los grupos F25B 1/00 - F25B 23/00 (combinaciones de dos o más principios de funcionamiento comprendidos en un solo grupo principal, véase el grupo apropiado).

Clasificación PCT:

  • F25B21/02 F25B 21/00 […] › utilizando el efecto Peltier; utilizando el efecto Nerns-Ettinghausen (elementos termoeléctricos H01L 35/00, H01L 37/00).
  • F25B23/00 F25B […] › Máquinas, instalaciones o sistemas basados en un solo principio de funcionamiento, no comprendido en los grupos del F25B 1/00 - F25B 21/00, p. ej. utilizando el efecto de una radiación selectiva.
  • F25B25/00 F25B […] › Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan una combinación de los principios de funcionamiento comprendidos en dos o más de los grupos F25B 1/00 - F25B 23/00 (combinaciones de dos o más principios de funcionamiento comprendidos en un solo grupo principal, véase el grupo apropiado).

Clasificación antigua:

  • F25B21/02 F25B 21/00 […] › utilizando el efecto Peltier; utilizando el efecto Nerns-Ettinghausen (elementos termoeléctricos H01L 35/00, H01L 37/00).
  • F25B23/00 F25B […] › Máquinas, instalaciones o sistemas basados en un solo principio de funcionamiento, no comprendido en los grupos del F25B 1/00 - F25B 21/00, p. ej. utilizando el efecto de una radiación selectiva.
  • F25B25/00 F25B […] › Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan una combinación de los principios de funcionamiento comprendidos en dos o más de los grupos F25B 1/00 - F25B 23/00 (combinaciones de dos o más principios de funcionamiento comprendidos en un solo grupo principal, véase el grupo apropiado).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2357010_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere, en general, a la transferencia de calor y, más en particular, a un procedimiento y a un sistema de enfriamiento.ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En muchas aplicaciones es necesario enfriar determinadas estructuras. En aplicaciones específicas, se desea enfriar una estructura a una temperatura sustancialmente uniforme y relativamente baja. Un ejemplo de una aplicación de este tipo es el enfriamiento de los elementos ópticos de una torreta de radar de infrarrojos para observación (FLIR). Con frecuencia, dichos dispositivos se mantienen a temperaturas relativamente altas hasta que se van a usar, debido al entorno ambiental. No obstante, con frecuencia es aconsejable enfriar estos elementos ópticos a una temperatura de aproximadamente -50ºC durante el funcionamiento. Además, es aconsejable que dicha temperatura sea relativamente uniforme en todos los elementos ópticos para evitar la deformación del elemento y cualquier degradación asociada en el rendimiento óptico del elemento óptico. También puede ser necesario enfriar otros dispositivos estructurales a una temperatura relativamente baja y uniforme, tales como dispositivos electrónicos.

Soluciones convencionales para enfriar elementos de una torreta de FLIR implicaban soplar aire sobre el elemento óptico o a través de conductos del interior del elemento óptico. Esta solución puede ser útil en algunos casos, no obstante, cuando la temperatura deseada a la que se va a enfriar el elemento óptico sea inferior a la del aire ambiente, una solución de este tipo no será satisfactoria. Además, puede tener como resultado distribuciones de temperatura no uniformes, dado que el elemento óptico calienta parcialmente el aire que se está echando sobre el mismo.

Ejemplos de técnicas para enfriar una estructura

**(Ver fórmula)**

generadora de calor se pueden encontrar en el documento EP1380799, en las que un tubo que se extiende a través de una aleta generadora de calor lleva un refrigerante a una presión subambiental. En el documento US2003/188538 se describe el paso de un refrigerante líquido a través de un dispositivo de transferencia de calor acoplado térmicamente a un módulo generador de calor.RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Según una realización de la invención, un procedimiento para enfriar una estructura incluye hacer fluir un refrigerante a través de una pluralidad de conductos de un elemento óptico de una torreta de radar de infrarrojos para observación, a la vez que el refrigerante se mantiene a una presión sustancialmente constante. El procedimiento también incluye evaporar al menos una parte del refrigerante a una temperatura sustancialmente constante en todos los conductos del elemento óptico de la torreta de radar de infrarrojos para observación, proporcionando la pluralidad de conductos una distribución de temperatura uniforme en el elemento óptico.

Las realizaciones de la invención proporcionan numerosas ventajas técnicas. Algunas realizaciones pueden beneficiarse de alguna, de ninguna o de todas estas ventajas. Por ejemplo, según una realización, se proporciona un sistema de enfriamiento que permite enfriar, relativamente rápido, una estructura a una temperatura muy baja. Se puede lograr una distribución de temperatura sustancialmente uniforme en la estructura. Además, dicho enfriamiento puede tener lugar sin el uso de complicadas tuberías de alta presión. En algunas realizaciones, el enfriamiento se puede producir sin el uso de caros sistemas de enfriamiento de ciclo de vapor. Además, dichos sistemas de enfriamiento pueden ser más económicos que los sistemas de enfriamiento de ciclo de vapor convencionales. Además, en una realización el enfriamiento se puede lograr de un modo relativamente eficaz para una condición de carga temporal, dado que la cantidad de calor eliminado por este sistema

**(Ver fórmula)**

puede variar mediante el control apropiado de un intercambiador de calor termoeléctrico asociado. Las ventajas que se han descrito anteriormente se pueden logar también mediante el uso de tuberías de líquido y caudales de flujo relativamente pequeños.

Otras ventajas pueden resultar fácilmente evidentes para un experto en la materia.BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

A continuación, se hace referencia a la descripción siguiente tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que números de referencia similares representan piezas similares, en los que: la fig. 1 es un diagrama esquemático que ilustra una torreta

de FLIR que tiene un elemento óptico que se va a enfriar según las enseñanzas de la invención;

la fig. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un ciclo de enfriamiento de ejemplo correspondiente al sistema de la fig. 1 que no pertenece a la invención;

la fig. 3 es un diagrama esquemático de un intercambiador de calor termoeléctrico de ejemplo del intercambiador de calor de la fig. 2;

la fig. 4 es un diagrama de bloques que ilustra una pluralidad de conductos de un elemento óptico del sistema de la fig. 1 y

la fig. 5 es un diagrama de bloques que ilustra otro ciclo de enfriamiento de ejemplo, correspondiente al sistema de la fig. 1, según las enseñanzas de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES DE EJEMPLO DE LA INVENCIÓN

La invención se explica haciendo referencia a las figs. 1 a 5 de los dibujos, en los que se usan números similares para piezas correspondientes y similares de los distintos dibujos.

La fig. 1 ilustra una torreta de radar de infrarrojos para observación (FLIR) 10. La torreta de FLIR 10 incluye una pluralidad de elementos ópticos 12 y 14 para recibir

**(Ver fórmula)**

radiación infrarroja a través de una ventana 16 y redirigir y/o enfocar la energía infrarroja a un punto deseado. La torreta de FLIR 10 se ilustra con dos elementos ópticos 12 y 14, no obstante, se puede usar cualquier cantidad adecuada de elementos ópticos. Además, si bien las enseñanzas de la invención se describen en el contexto de un sistema de enfriamiento para una torreta de FLIR 10, según las enseñanzas de la invención se puede enfriar adecuadamente cualquier estructura que se desee enfriar.

Como se ha descrito anteriormente, se ha determinado que puede ser aconsejable enfriar elementos ópticos 12 y 14 a temperaturas muy bajas, tales como -50ºC, durante el uso. Convencionalmente, una torreta de FLIR 10, en uso, estaría colgada del lateral inferior de un avión. Los elementos ópticos 12 y 14 se enfrían a esta temperatura tras haber estado almacenados a temperaturas de hasta 70ºC. Esta alta temperatura con frecuencia se logra almacenando la torreta de FLIR 10 en un entorno ambiental caliente. En algunas aplicaciones es importante que los elementos ópticos 12 y 14 se enfríen uniformemente de tal manera que dichos elementos no se deformen, lo que podría afectar al funcionamiento de la torreta de FLIR 10.

El hecho de que cuelguen de un avión que vuela a una altitud elevada y que estén expuestos a aire ambiente da la oportunidad de enfriar los elementos ópticos 12 y 14 mediante su exposición al aire ambiente, no obstante, el aire ambiente a altitudes de vuelo típicas no es lo suficientemente frío como para enfriar los elementos ópticos 12 y 14 a la temperatura deseada. Además, las enseñanzas de la invención reconocen que el uso de fluido circulante en un ciclo de vapor que contacta con los elementos ópticos 12 y 14 puede no ser una solución adecuada. Esto se debe a una serie de motivos. En primer lugar, muchos fluidos típicos se congelarían a una temperatura tan baja. Además, serían necesarios grandes caudales de flujo para hacer bajar la temperatura de los elementos ópticos 12 y 14 a -50ºC rápidamente. Además, debido a su ubicación, colgado de la

**(Ver fórmula)**

parte inferior de un avión, sería necesaria una trayectoria de flujo complicada, que incluyera largas tuberías que deberían estar aisladas. Además, debido al deseo de enfriar los elementos ópticos 12 y 14 uniformemente, de tal manera que no surjan gradientes de temperatura considerables, el uso de líquido que contacta partes de los elementos ópticos 12 y 14 probablemente no sería adecuado, dado que el fluido no enfriaría los elementos ópticos 12 y 14 uniformemente. Este es el caso, dado que cuando el fluido contacta los elementos ópticos se calienta, enfriando, de ese modo, en un menor grado las últimas partes contactadas que las primeras... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para enfriar una torreta de radar de infrarrojos para observación (10), que comprende:

hacer fluir un refrigerante saturado (46) a través de una pluralidad de conductos (50, 52) de un elemento óptico

(12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación

(10) a la vez que el refrigerante (46) se mantiene a una presión sustancialmente constante, recibiendo el elemento óptico (12) radiación infrarroja a través de una ventana

(16) y redirigiendo y/o enfocando la energía infrarroja a un punto deseado y

evaporar al menos una parte del refrigerante (46) a una temperatura sustancialmente constante por todos los conductos (50, 52) del elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10), la pluralidad de conductos (50, 52) extendidos por el elemento óptico para proporcionar una distribución de temperatura uniforme en todo el elemento óptico (12),

comprendiendo además hacer circular el refrigerante

(46) en un circuito (a-b-c-d-h-i-j-e-f) que incluye los conductos (50, 52),

comprendiendo además enfriar el refrigerante (46) antes de hacer fluir el refrigerante (46) a través de los conductos (50, 52),

en el que el enfriamiento del refrigerante (46) comprende enfriar el refrigerante (46) por medio de un intercambiador de calor (144) del circuito (a-b-c-d-h-i-j-ef),

comprendiendo el procedimiento redirigir el refrigerante (46) para que fluya en un segundo circuito (ab-g-i-j-e-f) que no incluye el intercambiador de calor (144) al alcanzar el refrigerante (46) una temperatura determinada.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 y que comprende además condensar el refrigerante evaporado (46) en el

intercambiador de calor (24, 124, 144).

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el intercambiador de calor (24, 124, 144) comprende al menos un elemento termoeléctrico (44).

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el al menos un elemento termoeléctrico (44) comprende un lateral caliente (48) y un lateral frío (50) en el que el refrigerante evaporado (46) que fluye en el lateral frío

**(Ver fórmula)**

(50) se condensa y se elimina calor a un flujo de aire que fluye en el lateral caliente (48).

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el refrigerante (46) se mantiene a su presión y temperatura de saturación.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que hacer fluir un refrigerante (46) comprende hacer fluir R404A.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10) comprende un sistema de circuitos electrónicos.

8. El procedimiento de la reivindicación 2 o de cualquier reivindicación dependiente directa o indirectamente de la reivindicación 2, en el que el intercambiador de calor (24, 124, 144) comprende un intercambiador de calor de ciclo de vapor.

9. El procedimiento de la reivindicación 3 y que comprende además controlar la potencia suministrada al menos un elemento termoeléctrico (44) para mantener el elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10) a una temperatura deseada.

10. El procedimiento de la reivindicación 9 y que comprende además dispersar calor por medio del intercambiador de calor (24, 124, 144) a un entorno que tiene una temperatura mayor que la temperatura deseada.

 

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