Sistema de control térmico de un equipo.

Sistema para enfriar cajas o equipos que pueden liberar energía caracterizado porque comprende al menos los siguientes elementos:

un recinto (3) que comprende una membrana (4) estanca a un líquido y porosa al vapor de dicho líquido, separando dicha membrana (4) al recinto en una primera cavidad (5) destinada a contener un fluido compuesto por un líquido y por su vapor, y en una segunda cavidad (6) destinada a contener el vapor resultante de la vaporización del líquido;

un sensor de temperatura (7) destinado a medir la temperatura del fluido líquido-vapor contenido dentro de la cavidad (5) o la temperatura de pared de la cavidad (5);

un dispositivo (8) que va a permitir expulsar al medio ambiente el vapor de la cavidad (6) al crear una depresión dentro de esta cavidad (6) y al romper el equilibrio natural líquido/vapor de la cavidad (5) que contiene el líquido, provocando de este modo una vaporización de una parte del líquido;

un medio de control del caudal del vapor expulsado al exterior de la cavidad, dicho medio de control se regula en la señal que suministra el sensor de temperatura (7).

Sistema de control térmico de un equipo El objeto de la invención se refiere a un sistema que permite controlar térmicamente una caja, uno o varios elementos, uno o varios componentes o cualquier dispositivo que libere calor con el cual este entra en contacto. La liberación de calor se puede hacer de manera continua o de forma intermitente.

La invención se aplica para enfriar dichos elementos mencionados durante su funcionamiento. Esta se aplica a cualquier tipo de elemento, en particular a elementos cuyo tamaño es pequeño, como los componentes electrónicos o las cajas que contienen los componentes.

Todos los dispositivos eléctricos o electroquímicos en funcionamiento son un foco de pérdidas de energía que se manifiestan en forma de calor. La miniaturización, en particular de los equipos electrónicos, junto con el aumento de la energía disipada, precisa un diseño térmico cada vez más elaborado de estos dispositivos con el fin de mantener la temperatura de los componentes en su rango de tolerancias de funcionamiento. Fuera de determinados límites de temperatura, sus rendimientos son mediocres e incluso totalmente fallidos. Además, algunos equipos deben funcionar en climas cálidos y soleados y sin poder recurrir a fuentes de enfriamiento activo externo. La evacuación del calor es, por lo tanto, un problema crucial, al tener que mantenerse cada elemento o dispositivo a su temperatura nominal de funcionamiento. De este modo, frente al aumento de la potencia térmica disipada por unidad de superficie, existe en la actualidad la necesidad de unos sistemas compactos y robustos que permitan absorber los picos de carga térmica con el fin de que los equipos no superen las temperaturas máximas permitidas. A estos sistemas se los denomina disipador térmico.

Existen actualmente numerosas soluciones basadas esencialmente en sistemas de enfriamiento activos: minibomba de calor que funciona de acuerdo con un ciclo frigorífico, recinto con circulación de agua con o sin cambio de fase, ventilador, módulo termoeléctrico, … Los microchorros de aire o de gotitas de agua están más bien diseñados para el enfriamiento de los componentes y no de los sistemas.

A pesar de los rendimientos que ofrecen, sin embargo estos dispositivos presentan los siguientes inconvenientes. La mayoría de estos dispositivos precisan una fuente de energía externa, son relativamente voluminosos, e incluso ruidosos, y su miniaturización resulta difícil y a menudo viene acompañada de una degradación de su rendimiento.

El funcionamiento pasivo basado en los materiales con cambio de fase (abreviados MCF) sólido/líquido (parafinas, etc.) conoce actualmente un fuerte desarrollo, pero principalmente en los sectores de la construcción y de los procesos industriales. Sin embargo su eficacia se ve limitada debido al valor moderado del calor latente (aproximadamente 180 J/g) y sobre todo, por el hecho de que la temperatura de fusión no se puede controlar en régimen dinámico; en efecto, esta depende del material MCF utilizado. Los MCF amortiguan las variaciones de temperatura, pero sobre todo se adaptan bien a los muy grandes y grandes sistemas para los que las restricciones de volumen o de peso son limitadas, e incluso inexistentes.

El documento US 2005/0286227 describe un sistema para enfriar los componentes electrónicos que liberan calor que comprende un recinto que comprende una membrana estanca a un líquido y porosa al vapor de dicho líquido, separando dicha membrana al recinto en una primera cavidad destinada a contener un fluido compuesto por un líquido y por su vapor, una segunda cavidad destinada a contener el vapor resultante de la vaporización del líquido.

El objeto de la presente invención se basa en una combinación de soluciones técnicas, unidas y controladas de tal modo que se obtiene un sistema de control térmico o disipador térmico autónomo, pasivo, compacto en algunos casos, sin impacto en el medioambiente y con un reducido volumen con respecto a la potencia disipada.

El objeto de la presente invención se refiere a un sistema para enfriar cajas o equipos que pueden liberar energía, caracterizado porque comprende al menos los siguientes elementos:

un recinto que comprende una membrana estanca a un líquido y porosa al vapor de dicho líquido, separando dicha membrana al recinto en una primera cavidad destinada a contener un fluido compuesto por un líquido y por su vapor, y en una segunda cavidad destinada a contener el vapor resultante de la vaporización del líquido; un sensor de temperatura adaptado para medir la temperatura del fluido líquido-vapor contenido dentro de la cavidad o la temperatura de pared de la cavidad; un dispositivo que va a permitir expulsar al medio ambiente el vapor de la cavidad al crear una depresión dentro de esta cavidad y al romper el equilibrio natural líquido/vapor de la cavidad que contiene el líquido, provocando de este modo una vaporización de una parte del líquido; un medio de control del caudal del vapor expulsado al exterior de la cavidad, dicho medio de control se regula en la señal que suministra el sensor de temperatura.

El líquido de la cavidad es, por ejemplo, agua y el vapor, vapor de agua.

La cavidad destinada a contener el fluido compuesto por líquido y por vapor comprende, por ejemplo, un material higroscópico o un material con alta capilaridad.

El dispositivo de expulsión del vapor al exterior de la cavidad puede ser una bomba, o una microbomba gas/vapor.

La cavidad que comprende el fluido líquido-vapor tiene, por ejemplo, una superficie S5, S20 dispuesta en contacto con una superficie S1 de un dispositivo a enfriar, encontrándose dicha superficie S5, S20 en contacto con el equipo total o parcialmente cubierta por un material poroso hidrófilo.

La membrana está dispuesta, por ejemplo, en una posición vertical y la cavidad que contiene el fluido está en contacto con el dispositivo a enfriar.

La membrana también puede estar dispuesta en una posición horizontal y dichas dos cavidades están en contacto con una pared de un elemento a enfriar.

La cavidad que comprende el líquido está provista de un orificio que permite la adición de líquido y de un sensor Sn de nivel de líquido.

La cavidad que contiene el fluido está, por ejemplo, provista de celulosa, bien una espuma capilar buena conductora del calor o bien puede estar nervada provista de aletas, garantizando de este modo el correcto funcionamiento térmico del dispositivo sea cual sea su inclinación.

El sistema se utiliza, por ejemplo, para enfriar una caja que contiene unos componentes electrónicos o unos componentes electroquímicos.

Se mostrarán mejor otras características y ventajas del dispositivo de acuerdo con la invención en la lectura de la descripción que viene a continuación de un ejemplo de realización dado a título ilustrativo y en modo alguno limitativo en relación a las figuras adjuntas que representan:

• la figura 1 representa el diagrama de equilibrio agua líquida-vapor;

• la figura 2, un diagrama de bloques del enfriamiento por evaporación de un dispositivo; y

• la figura 3, una variante de realización del dispositivo de la figura 2.

Con la finalidad de que se entienda mejor el principio del dispositivo de acuerdo con la invención, uno de cuyos objetivos es enfriar componentes, equipos o cualquier otro dispositivo que pueda liberar calor, la descripción que sigue se da a título ilustrativo y en modo alguno limitativo para el enfriamiento de un equipo que puede liberar energía y, por lo tanto, calor de forma continua o de forma intermitente. En el ejemplo que se da a título no limitativo, el líquido utilizado es agua. No obstante, sin salirse del marco de la invención, se podrá utilizar cualquier fluido o mezcla de fluidos con un gran calor latente de vaporización y una curva de presión de saturación en función de la temperatura adaptada a las condiciones de funcionamiento del sistema a enfriar. Tradicionalmente, Se puede utilizar todos los fluidos refrigerantes no nocivos y con un mínimo impacto en el medio ambiente.

La figura 1 recuerda en un diagrama temperatura-presión el diagrama de equilibrio agua-vapor, con la curva I de presión de saturación y la curva II de calor latente de vaporización del agua.

En una recinto cerrada, mientras la presión parcial de vapor P es inferior a la presión de saturación (que depende de la temperatura T) , el agua se vaporiza extrayendo energía del entorno, es decir en el caso del presente ejemplo, bien del agua líquida, o bien del equipo a enfriar, hasta que la presión parcial del vapor sea igual a la presión de saturación.

En la figura 2 se representa... [Seguir leyendo]

1. Sistema para enfriar cajas o equipos que pueden liberar energía caracterizado porque comprende al menos los siguientes elementos:

un recinto (3) que comprende una membrana (4) estanca a un líquido y porosa al vapor de dicho líquido, separando dicha membrana (4) al recinto en una primera cavidad (5) destinada a contener un fluido compuesto por un líquido y por su vapor, y en una segunda cavidad (6) destinada a contener el vapor resultante de la vaporización del líquido; un sensor de temperatura (7) destinado a medir la temperatura del fluido líquido-vapor contenido dentro de la cavidad (5) o la temperatura de pared de la cavidad (5) ; un dispositivo (8) que va a permitir expulsar al medio ambiente el vapor de la cavidad (6) al crear una depresión dentro de esta cavidad (6) y al romper el equilibrio natural líquido/vapor de la cavidad (5) que contiene el líquido, provocando de este modo una vaporización de una parte del líquido; un medio de control del caudal del vapor expulsado al exterior de la cavidad, dicho medio de control se regula en la señal que suministra el sensor de temperatura (7) .

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el líquido es agua, y el vapor, vapor de agua.

3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la cavidad destinada a contener el fluido compuesto por líquido y por vapor comprende un material higroscópico o un material de alta capilaridad.

4. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque el dispositivo (8) de expulsión del vapor al exterior de la cavidad es una bomba, o una microbomba gas/vapor.

5. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la cavidad (5, 20) que comprende el fluido líquido-vapor tiene una superficie S5, S20 dispuesta en contacto con una superficie S1 de un dispositivo a enfriar, estando dicha superficie S5, S20 en contacto con el equipo (1) encontrándose total o parcialmente recubierta por un material poroso hidrófilo.

6. Sistema de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque la membrana (22) está dispuesta en una posición vertical y porque la cavidad (20) que contiene el fluido está en contacto con el dispositivo a enfriar.

7. Sistema de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque la membrana (4) está dispuesta en una posición horizontal y porque las dos cavidades (5) y (6) están en contacto con una pared de un elemento a enfriar.

8. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la cavidad (5) que comprende el líquido está provista de un orificio (9) que permite la adición de líquido y de un sensor Sn de nivel de líquido.

9. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque la cavidad que contiene el fluido está provista de celulosa, bien una espuma capilar buena conductora del calor, o bien puede estar nervada o provista de aletas, garantizando de este modo el correcto funcionamiento térmico del dispositivo sea cual sea su inclinación.

10. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque el dispositivo (1) a enfriar es una caja que contiene unos componentes electrónicos o unos componentes electroquímicos.