Sistema de transferencia de calor.

Sistema (34; 36) de transferencia de calor que comprende al menos un circuito (40;

60) cerrado de fluido bifásico bombeado por capilaridad principal y un circuito (50; 70) cerrado de fluido bifásico bombeado por capilaridad secundario; siendo adecuados el circuito (40; 60) cerrado de fluido principal y el circuito (50; 70) cerrado de fluido secundario para refrigerar al menos una fuente (6) de calor, incluyendo cada uno del circuito (40; 60) cerrado de fluido principal y el circuito (50; 70) cerrado de fluido secundario al menos:

- un evaporador (404, 504; 604, 704) adecuado para evaporar un fluido de refrigeración recuperando calor de dicha fuente (6) de calor;

- un conducto (412, 512; 612, 712) de vapor que puede transportar el fluido de refrigeración en estado de vapor desde el evaporador (404, 504; 604, 704) hasta un condensador (408, 508; 608, 708);

- un condensador (408, 508; 608, 708) adecuado para condensar el fluido de refrigeración transportando calor a una fuente (10) de frío; y

- un conducto (418, 518; 618, 718) de líquido que puede transportar el fluido de refrigeración en estado líquido desde el condensador (408, 508; 608, 708) hasta el evaporador (404, 504; 604, 704);

caracterizado porque el fluido de refrigeración del circuito (40; 60) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito (50; 70) cerrado de fluido secundario.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/067406.

Solicitante: Airbus Defence and Space SAS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 51-61 Route de Verneuil 78130 Les Mureaux FRANCIA.

Inventor/es: Figus,Christophe.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F28D15/02 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. › en los cuales el agente se condensa y se evapora, p. ej. tubos térmicos.
  • F28D15/04 F28D 15/00 […] › con tubos de estructura capilar.

PDF original: ES-2530346_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema de transferencia de calor Sector de la técnica

La invención se refiere a un sistema de transferencia de calor que comprende al menos dos circuitos cerrados de fluido bifásico bombeado por capilaridad usados para refrigerar al menos una fuente de calor.

Estado de la técnica

Un circuito cerrado de fluido bifásico bombeado por capilaridad, a menudo por mal uso del lenguaje denominado simplemente "circuito cerrado de fluido", es un sistema que transporta energía térmica de una fuente de calor a una fuente de frío, usando la capilaridad como presión de impulsión, y el cambio de fase (líquido-vapor) se usa como medio de transporte de energía.

Un circuito cerrado de fluido de este tipo comprende generalmente un evaporador previsto para extraer calor de una fuente de calor y un condensador previsto para devolver este calor a una fuente de frío. El evaporador y el condensador están conectados por un conducto, denominado conducto de líquido, en el que un fluido de refrigeración circula en su mayor parte en estado líquido en la parte fría del circuito cerrado de fluido, y un conducto, denominado conducto de vapor, en el que el mismo fluido de refrigeración circula en su mayor parte en estado gaseoso en su parte caliente. Los diversos conductos están en forma de elementos de tubería, generalmente compuestos por metal (por ejemplo compuestos por acero inoxidable o aluminio) que tienen normalmente un diámetro de unos pocos milímetros. El evaporador comprende un alojamiento que contiene una estructura capilar que proporciona el bombeo del fluido de refrigeración en la fase líquida por capilaridad.

Se conoce el uso de un sistema constituido por al menos dos circuitos cerrados de fluido para refrigerar una fuente de calor. Los evaporadores de los dos circuitos cerrados de fluido están colocados ambos en intercambio de calor con la fuente de calor, a una distancia entre sí que puede variar desde unos pocos centímetros hasta normalmente un metro. Un sistema de este tipo también puede comprender más de dos circuitos cerrados de fluido y en particular dos grupos de circuitos cerrados de fluido. En una variante, un sistema de este tipo es adecuado para refrigerar una o más fuentes de calor dispuestas en diferentes lugares. Por ejemplo, Jentung Ku "Operating Charateristics of Loop Heat Pipes", artículo SAE 1999-1-27 da a conocer un sistema con dos circuitos cerrados de fluido redundantes para refrigerar una fuente de calor.

En un primer modo de funcionamiento de este sistema, es deseable que un único circuito cerrado de fluido, denominado circuito cerrado de fluido principal, funcione para extraer calor de la fuente de calor, estando el otro circuito cerrado de fluido inactivo y arrancando únicamente en caso de avería del circuito cerrado de fluido principal. Este modo de funcionamiento se denomina generalmente "redundancia en frío" de los circuitos cerrados de fluido.

Sin embargo, al arrancar el sistema de dos circuitos cerrados de fluido, cuando la temperatura de la fuente de calor aumenta y entrega su potencia térmica, a veces ambos circuitos cerrados de fluido arrancan, ya que cada uno recibe un aparte de esta energía térmica.

En un segundo modo de funcionamiento de este sistema, es deseable que ambos circuitos cerrados de fluido funcionen al mismo tiempo para extraer el calor de la fuente de calor. Este

modo de funcionamiento se denomina generalmente "redundancia en caliente" de los circuitos cerrados de fluido.

En muchos casos, al arrancar el sistema de dos circuitos cerrados de fluido, sólo arranca uno de los dos circuitos cerrados de fluido, permaneciendo el otro circuito cerrado de fluido inactivo de manera permanente. Esta manera de funcionamiento limita a la mitad el rendimiento térmico del sistema de transferencia de calor.

Con el fin de resolver estas dificultades de control del sistema de dos circuitos cerrados, se conoce, en particular por el documento EP 23244, reducir o detener la capacidad de transporte de un circuito cerrado de fluido y por tanto su rendimiento térmico calentando el fluido de refrigeración situado en su alojamiento, por ejemplo por medio de un calentador o un sistema pasivo que usa una capacidad térmica. En este caso, una potencia de calentamiento del alojamiento de aproximadamente unos pocos puntos porcentuales de la potencia térmica del circuito cerrado de fluido es suficiente para detener el circuito cerrado de fluido.

También se conoce que refrigerar el alojamiento del circuito cerrado de fluido favorece el arranque de este último. Esta refrigeración puede obtenerse según el estado de la técnica usando un elemento de refrigeración basado en el efecto Peltier.

Sin embargo, estas soluciones son complejas de implementar debido al uso de calentadores y/o refrigeradores, sensores de temperatura y una lógica de control. Además, estas soluciones requieren una determinada potencia de calentamiento, normalmente desde unos pocos vatios a unas pocas decenas de vatios para circuitos cerrados de fluido de 1 a 1 W de potencia.

Objeto de la invención

En particular, un objetivo de la presente invención es superar estos inconvenientes.

Con este fin, un objeto de la invención es un sistema de transferencia de calor que comprende al menos un circuito cerrado de fluido bifásico bombeado por capilaridad principal y un circuito cerrado de fluido bifásico bombeado por capilaridad secundario; siendo adecuados el circuito cerrado de fluido principal y el circuito cerrado de fluido secundario para refrigerar al menos una fuente de calor, comprendiendo cada uno del circuito cerrado de fluido principal y el circuito cerrado de fluido secundario al menos:

- un evaporador adecuado para evaporar un fluido de refrigeración mientras recupera calor de dicha fuente de calor;

- un conducto de vapor que puede transportar el fluido de refrigeración en estado de vapor desde el evaporador hasta un condensador;

- un condensador adecuado para condensar el fluido de refrigeración transportando calor a una fuente de frío; y

- un conducto de líquido que puede transportar el fluido de refrigeración en estado líquido desde el condensador hasta el evaporador;

caracterizado porque el fluido de refrigeración del circuito cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito cerrado de fluido secundario.

Ventajosamente, la invención favorece de manera pasiva o bien la detención de un circuito cerrado de fluido puesto en redundancia en frío, o bien el arranque simultáneo y equilibrado del

funcionamiento de varios circuitos cerrados de fluido puestos en redundancia en caliente. Por tanto, la invención propone ventajosamente modificar el funcionamiento de un circuito cerrado de fluido mediante alteraciones aportadas por el otro circuito cerrado de fluido.

Según realizaciones particulares, el sistema de transferencia de calor comprende una o más de las siguientes características:

- el fluido de refrigeración en estado de vapor del circuito cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito cerrado de fluido secundario,

- el fluido de refrigeración contenido en el conducto de vapor del circuito cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en el evaporador del circuito cerrado de fluido secundario,

- el evaporador del circuito cerrado de fluido secundario comprende un depósito, estando el fluido de refrigeración contenido en el conducto de vapor del circuito cerrado de fluido principal en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en dicho depósito del circuito cerrado de fluido secundario,

- el fluido de refrigeración contenido en el conducto de vapor del circuito cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en el conducto de líquido del circuito cerrado de fluido secundario,

- el fluido de refrigeración contenido en el conducto de vapor del circuito cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en el condensador del circuito cerrado de fluido secundario,

- el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito cerrado de fluido secundario,

- el evaporador del circuito cerrado de fluido secundario comprende un depósito, estando el fluido de refrigeración contenido en el conducto de líquido del circuito cerrado de fluido principal en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema (34; 36) de transferencia de calor que comprende al menos un circuito (4; 6) cerrado de fluido bifásico bombeado por capilaridad principal y un circuito (5; 7)

cerrado de fluido bifásico bombeado por capilaridad secundario; siendo adecuados el

circuito (4; 6) cerrado de fluido principal y el circuito (5; 7) cerrado de fluido secundario para refrigerar al menos una fuente (6) de calor, incluyendo cada uno del circuito (4; 6) cerrado de fluido principal y el circuito (5; 7) cerrado de fluido secundario al menos:

- un evaporador (44, 54; 64, 74) adecuado para evaporar un fluido de refrigeración recuperando calor de dicha fuente (6) de calor;

- un conducto (412, 512; 612, 712) de vapor que puede transportar el fluido de

refrigeración en estado de vapor desde el evaporador (44, 54; 64, 74) hasta un

condensador (48, 58; 68, 78);

- un condensador (48, 58; 68, 78) adecuado para condensar el fluido de refrigeración transportando calor a una fuente (1) de frío; y

- un conducto (418, 518; 618, 718) de líquido que puede transportar el fluido de refrigeración en estado líquido desde el condensador (48, 58; 68, 78) hasta el evaporador (44, 54; 64, 74);

caracterizado porque el fluido de refrigeración del circuito (4; 6) cerrado de fluido

principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito (5; 7) cerrado de fluido secundario.

2. Sistema (34) de transferencia de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque el

fluido de refrigeración en estado de vapor del circuito (4) cerrado de fluido principal

está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito (5) cerrado de fluido secundario.

3. Sistema (34) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y

2, caracterizado porque el fluido de refrigeración contenido en el conducto (412) de

vapor del circuito (4) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en el evaporador (54) del circuito (5) cerrado de fluido secundario.

4. Sistema (34) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y

2, caracterizado porque el evaporador (54) del circuito (5) cerrado de fluido secundario comprende un depósito (528), y porque el fluido de refrigeración contenido en el conducto (412) de vapor del circuito (4) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en dicho depósito (528) del 45 circuito (5) cerrado de fluido secundario.

5. Sistema (34) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el fluido de refrigeración contenido en el conducto (412) de vapor del circuito (4) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el

fluido de refrigeración contenido en el conducto (518) de líquido del circuito (5) cerrado

de fluido secundario.

6. Sistema (34) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el fluido de refrigeración contenido en el conducto (412) de

vapor del circuito (4) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en el condensador (58) del circuito (5) cerrado de fluido secundario.

7. Sistema (36) de transferencia de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque el

fluido de refrigeración en estado líquido del circuito (6) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración en estado líquido del circuito (7) cerrado de fluido secundario.

8. Sistema (36) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y

7, caracterizado porque el evaporador (74) del circuito (7) cerrado de fluido secundario comprende un depósito (728), y porque el fluido de refrigeración contenido en el conducto (618) de líquido del circuito (6) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el fluido de refrigeración contenido en el depósito (728) del

circuito (7) cerrado de fluido secundario.

9. Sistema (36) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 7, caracterizado porque el fluido de refrigeración contenido en el conducto (618) de líquido del circuito (6) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el

fluido de refrigeración contenido en el conducto (718) de líquido del circuito (7) cerrado

de fluido secundario.

1. Sistema (36) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 7, caracterizado porque el fluido de refrigeración contenido en el conducto (618) de

líquido del circuito (6) cerrado de fluido principal está en intercambio de calor con el

fluido de refrigeración contenido en el condensador (78) del circuito (7) cerrado de fluido secundario.

11. Sistema (36) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a

1, caracterizado porque dicho intercambio de calor se lleva a cabo mediante contacto

directo o indirecto entre una parte del circuito (4; 6) cerrado de fluido principal y una parte del circuito (5; 7) cerrado de fluido secundario.

12. Sistema (34; 36) de transferencia de calor según una cualquiera de las reivindicaciones

1 a 11, caracterizado porque el circuito (4; 6) cerrado de fluido principal y el circuito

(5; 7) cerrado de fluido secundario son adecuados para refrigerar la misma fuente (6) de calor.


 

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