Sistema de transferencia de calor.

Un sistema termodinámico (2500), que comprende:

- un sistema cíclico de intercambio de calor (2510;

2610), y

- un sistema de transferencia de calor (2505; 2600) que comprende:

un evaporador anular (2520; 2605) que incluye una pared (2565; 2700) configurada para estar acoplada a una parte del sistema cíclico de intercambio de calor y una mecha principal acoplada a la pared, y

un condensador (2540; 2630) acoplado al evaporador para formar un bucle cerrado que aloja un fluido de trabajo;

en el que el evaporador anular está ajustado mediante interferencia en el sistema cíclico de intercambio de calor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2003/034165.

Solicitante: ALLIANT TECHSYSTEMS INC..

Inventor/es: KROLICZEK,EDWARD J, NIKITKIN,MICHAEL, WOLF,DAVID A. SR.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F28D15/04 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28D INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR NO ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; calentadores de fluidos que tienen medios para producir y transferir calor F24H; hornos F27; partes constitutivas de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F ); APARATOS O PLANTAS DE ACUMULACION DE CALOR EN GENERAL. › F28D 15/00 Aparatos cambiadores de calor en los cuales el agente intermediario de transferencia térmica está en tubos cerrados que pasan por, o a través de, las paredes de las canalizaciones. › con tubos de estructura capilar.

PDF original: ES-2453904_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema de transferencia de calor

Esta descripción se refiere a sistemas termodinámicos que comprenden un sistema de transferencia de calor y un sistema cíclico de intercambio de calor.

Los sistemas de transferencia de calor son utilizados para transportar calor de un lugar (la fuente de calor) a otro lugar (el disipador de calor) . Los sistemas de transferencia de calor pueden utilizarse en aplicaciones terrestres o extraterrestres. Por ejemplo, los sistemas de transferencia de calor pueden estar integrados por equipos de satélite que funcionan con entornos de gravedad cero o de gravedad reducida. Como otro ejemplo, los sistemas de transferencia de calor pueden utilizarse en equipos electrónicos, que a menudo requieren refrigeración durante el funcionamiento.

Las cañerías de calor en bucle (LHP, del inglés Loop Heat Pipes) y los bucles capilares con bomba (CPL, del inglés Capillar y Pumped Loops) son sistemas de transferencia de calor bifásicos pasivos. Cada uno incluye un evaporador acoplado térmicamente a la fuente de calor, un condensador acoplado térmicamente al disipador de calor, fluido que fluye entre el evaporador y el condensador, y un depósito de fluido para la expansión del fluido. El fluido en el interior del sistema de transferencia de calor puede denominarse fluido de trabajo. El evaporador incluye una mecha principal y un núcleo que incluye un paso de flujo de fluido. El calor adquirido por el evaporador es transportado al condensador y descargado por el mismo. Estos sistemas utilizan presión capilar desarrollada en una mecha de poros finos dentro del evaporador, para fomentar la circulación del fluido de trabajo desde el evaporador al condensador y de nuevo al evaporador. La característica distintiva principal entre un LHP y un CPL es la posición del depósito del bucle, que se utiliza para almacenar el exceso de fluido desplazado desde el bucle durante el

funcionamiento. En general, el depósito de un CPL está situado remotamente respecto del evaporador, mientras que el depósito de un LHP está situado conjuntamente con el evaporador.

El documento EP-A-0210337 da a conocer un evaporador asistido por capilaridad para la absorción de calor y para el transporte de un medio de transferencia de calor, desde una fuente de calor hasta un disipador de calor.

El documento WO 2004/031675, que se presentó antes pero se publicó después de la fecha de presentación de la presente solicitud y, por lo tanto, es técnica anterior según el artículo 54 (3) EPC, se refiere a un evaporador para un sistema de transferencia de calor. El evaporador incluye una pared calentada, una pared de barrera contra el líquido que contiene fluido de trabajo, una mecha principal, un canal de evacuación de vapor situado en una interfaz entre la mecha principal y la pared calentada, y un canal de flujo de líquido situado entre la pared de barrera contra el líquido y la mecha principal.

La invención da a conocer un sistema termodinámico según la reivindicación 1. A continuación se exponen características preferidas de la invención.

Las implementaciones pueden incluir uno o varios de los siguientes aspectos. Por ejemplo, el condensador incluye una entrada de vapor y una salida de líquido, y el sistema de transferencia de calor incluye una tubería de vapor que proporciona comunicación de fluido entre la salida de vapor y la entrada de vapor, y una tubería de retorno de líquido que proporciona comunicación de fluido entre la salida de líquido y la entrada de líquido.

El evaporador incluye una pared de barrera contra el líquido que contiene fluido de trabajo en un lado interior de la pared de barrera contra el líquido, fluido de trabajo que fluye solamente a lo largo del lado interior de la pared de barrera contra el líquido, en el que la mecha principal está situada entre la pared calentada y el lado interior de la pared de barrera contra el líquido; un canal de evacuación de vapor que está situado en una interfaz entre la mecha 50 principal y la pared calentada, extendiéndose el canal de evacuación de vapor hasta una salida de vapor; y un canal de flujo de líquido situado entre la pared de barrera contra el líquido y la mecha principal, el canal de flujo de líquido recibiendo líquido desde una entrada de líquido.

El fluido de trabajo es desplazado pasivamente a través del sistema de transferencia de calor. 55 El fluido de trabajo es desplazado a través del sistema de transferencia de calor sin la utilización de bombeo externo.

El fluido de trabajo en el interior del sistema de transferencia de calor cambia entre líquido y vapor cuando el fluido de trabajo atraviesa o se encuentra dentro de uno o varios del evaporador, el condensador, la tubería de vapor y la 60 tubería de retorno de líquido.

El fluido de trabajo es desplazado a través del sistema de transferencia de calor con la utilización de la mecha.

El sistema de transferencia de calor incluye además aletas acopladas térmicamente con el condensador para 65 descargar calor al entorno ambiental.

En otro aspecto general, el sistema termodinámico incluye el sistema cíclico de intercambio de calor y el sistema de transferencia de calor acoplado a sistema cíclico de intercambio de calor para refrigerar la parte del sistema cíclico de intercambio de calor. El sistema de transferencia de calor incluye un evaporador que incluye una pared configurada para estar acoplada a una parte del sistema cíclico de intercambio de calor, y una mecha principal

acoplada a la pared y un condensador acoplado al evaporador para formar un bucle cerrado que aloja un fluido de trabajo.

Las implementaciones pueden incluir una o varias de las siguientes características. El evaporador está acoplado térmicamente a la parte del sistema cíclico de intercambio de calor. El sistema cíclico de intercambio de calor incluye un sistema de intercambio de calor de Stirling. El sistema cíclico de intercambio de calor incluye un sistema de refrigeración. El sistema de transferencia de calor está acoplado a un lado caliente del sistema cíclico de intercambio de calor. El sistema de transferencia de calor del sistema termodinámico está acoplado a un lado frío del sistema cíclico de intercambio de calor.

El evaporador puede utilizarse en cualquier sistema de transferencia de calor bifásico utilizado en aplicaciones terrestres o extraterrestres. Por ejemplo, el sistema de transferencia de calor puede utilizarse en equipamiento electrónico, que a menudo requiere refrigeración durante el funcionamiento, o en aplicaciones de diodos láser.

El evaporador anular puede utilizarse en cualquier sistema de transferencia de calor en el que la fuente de calor esté formada como una superficie cilíndrica.

El sistema de transferencia de calor puede aprovechar la gravedad cuando se utiliza en aplicaciones terrestres, constituyendo de ese modo un LHP adecuado para producción en masa. Las aplicaciones terrestres imponen a menudo la orientación de las superficies de adquisición de calor y el disipador de calor; el evaporador anular utiliza las ventajas del funcionamiento en gravedad.

El sistema de transferencia de calor proporciona un sistema eficiente térmica y espacialmente para refrigerar un sistema cíclico de intercambio de calor, debido a que el evaporador del sistema de transferencia de calor está acoplado térmica y espacialmente a una parte del sistema cíclico de intercambio de calor que está siendo refrigerada mediante el sistema de transferencia de calor. La utilización del sistema de transferencia de calor permite la explotación de sistemas cilíndricos de intercambio cíclico de calor, que pueden ser utilizados en una aplicación comercialmente práctica para la refrigeración de armarios.

La incorporación integral del evaporador que no está dentro del alcance de la presente invención o el condensador

con la fuente de calor del sistema cíclico de intercambio de calor puede minimizar el tamaño de empaquetamiento. Por otra parte, si el evaporador o el condensador están montados mediante abrazadera en la fuente de calor, se facilita la instalación y la sustitución de piezas.

El sistema de transferencia de calor se utiliza para refrigerar un sistema cíclico de intercambio de calor que tiene una geometría cilíndrica, tal como, por ejemplo, un ciclo de Stirling de pistones libres. Un sistema de transferencia de calor proporciona una conexión eficiente de tuberías de fluido (una fase de vapor y un conector de tubería de retorno de líquido subenfriado) hacia y desde un conjunto de condensador anular empaquetado eficiente y homogéneamente.

El sistema de transferencia de calor incorpora un condensador que está empaquetado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema termodinámico (2500) , que comprende: 5 - un sistema cíclico de intercambio de calor (2510; 2610) , y

- un sistema de transferencia de calor (2505; 2600) que comprende:

un evaporador anular (2520; 2605) que incluye una pared (2565; 2700) configurada para estar acoplada a una parte del sistema cíclico de intercambio de calor y una mecha principal acoplada a la pared, y un condensador (2540; 2630) acoplado al evaporador para formar un bucle cerrado que aloja un fluido de trabajo; en el que el evaporador anular está ajustado mediante interferencia en el sistema cíclico de intercambio de calor.

2. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el condensador (2540; 2630) incluye una entrada de vapor y una salida de líquido;

comprendiendo además:

una tubería de vapor (2545; 2620) que proporciona comunicación de fluido entre una salida de vapor y la entrada de vapor (2550) ; y

una tubería de retorno de líquido (2530; 2635) que proporciona comunicación de fluido entre la salida de líquido 25 (2535) y una entrada de líquido.

3. El sistema termodinámico según la reivindicación 2, en el que el evaporador incluye:

una pared de barrera contra el líquido (2570; 2705) que contiene el fluido de trabajo en un lado interior de la pared de barrera contra el líquido, de tal modo que el fluido de trabajo fluye solamente a lo largo del lado interior de la pared de barrera contra el líquido, en el que la mecha principal está situada entre la pared calentada y el lado interior de la pared de barrera contra el líquido;

un canal de evacuación de vapor (2715) que está situado en una interfaz entre la mecha principal y la pared 35 calentada, extendiéndose canal de evacuación de vapor hasta la salida de vapor; y

un canal de flujo de líquido (2720) situado entre la pared de barrera contra el líquido y la mecha principal, el canal de flujo de líquido recibiendo líquido procedente de una entrada de líquido (2520) .

4. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el fluido de trabajo es desplazado pasivamente a través del sistema de transferencia de calor (2505; 2600) .

5. El sistema termodinámico según la reivindicación 4, en el que el fluido de trabajo es desplazado a través del

sistema de transferencia de calor (2505; 2600) sin el uso de bombeo externo. 45

6. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el fluido de trabajo en el interior del sistema de transferencia de calor (2505; 2600) cambia entre líquido y vapor cuando el fluido de trabajo pasa a través de, o está dentro de uno o varios del evaporador (2520; 2605) , el condensador (2540; 2630) , la tubería de vapor (2545; 2620) y la tubería de retorno de líquido (2530; 2635) .

7. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el fluido de trabajo es desplazado a través del sistema de transferencia de calor (2505; 2600) con el uso de la mecha (2560; 2710) .

8. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, que comprende además aletas acopladas térmicamente al 55 condensador para descargar calor a un entorno ambiental.

9. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el evaporador (2520; 2605) está acoplado térmicamente a la parte del sistema cíclico de intercambio de calor (2510; 2610) .

10. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el sistema cíclico de intercambio de calor (2510; 2610) incluye un sistema de intercambio de calor de Stirling.

11. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el sistema cíclico de intercambio de calor (2510;

2610) incluye un sistema de refrigeración. 65

12. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el sistema de transferencia de calor (2505; 2600)

está acoplado a un lado caliente del sistema cíclico de intercambio de calor (2510; 2610) .

13. El sistema termodinámico según la reivindicación 1, en el que el sistema de transferencia de calor (2505; 2600) está acoplado a un lado frío del sistema cíclico de intercambio de calor (2510; 2610) .

14. Uso del sistema termodinámico (2500) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, para refrigerar la parte del intercambiador de calor cíclico (2510; 2610) .


 

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