INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Intercambiador de calor, constituido por espuma metálica de poros abiertos (2) y al menos un disipador de calor (9),

unido de manera firme a la espuma metálica (2), y cuya superficie orientada en dirección opuesta a la de la espuma metálica (2) presenta una estructura tal, que sobre la superficie del disipador de calor (9) se encuentran estructuras canaliformes (10), las cuales sirven para que fluya a través de ellas un medio fluido

Intercambiador de calor.

La invención corresponde a un intercambiador de calor.

Un intercambiador de calor es un dispositivo mediante el cual se transfiere calor de un medio fluido con temperatura mayor a un medio fluido con temperatura menor, de forma que el medio más caliente se enfría, mientras que el más frío se calienta. Existen intercambiadores de calor con diversas configuraciones técnicas, dependiendo de la aplicación deseada.

Para que el intercambio de calor entre los fluidos sea eficaz, es necesario que la superficie de intercambio sea lo mayor posible. Para ello, los intercambiadores de calor disponen de cuerpos refrigeradores con aletas y espirales. El contacto entre uno de estos cuerpos refrigeradores y el fluido se establece mediante tubos o elementos similares, unidos mecánicamente al cuerpo refrigerador. Ahora bien, estas uniones, llevadas a cabo por prensado, pegado o ensamblado, como por ejemplo por soldadura, tienen el inconveniente de oponer barreras al flujo de calor. Además, requieren una gran cantidad de material. El rendimiento de la refrigeración de los intercambiadores de calor, fabricados mayoritariamente en aluminio, se ve limitado por la relación superficie/volumen máxima alcanzable. La corrosión por contacto entre distintos materiales conlleva fugas. Además, las uniones obtenidas por presión tienen una resistencia mecánica reducida.

EP 0 559 092 contiene un evacuador de calor para elementos constructivos semiconductores, que comprende un disipador de calor. Este disipador de calor se encuentra fijado sobre la superficie del elemento constructivo semiconductor. Sobre el disipador de calor se encuentra una espuma metálica. La espuma metálica está unida al disipador de calor mediante un adhesivo termoconductor. Alternativamente, la espuma metálica puede unirse al disipador de calor mediante soldadura. De esta forma, también este intercambiador de calor tiene los inconvenientes previamente mencionados.

US 6,196,307 se refiere a un bloque de espuma metálica puesto en relación termoconductora con un módulo electrónico. La superficie del bloque de espuma metálica es plana, de forma que puede ser montado sobre la superficie de un módulo electrónico, también plana. El bloque de espuma metálica contiene células-poro, distribuidas aleatoriamente y conectadas entre sí, de forma que el medio refrigerante puede fluir a través de la espuma metálica, principalmente en paralelo a la superficie plana del módulo electrónico. La estructura que delimita las células-poro es, principalmente, perpendicular a la superficie plana del módulo electrónico, de forma que la densidad del metal es mayor en los planos de las secciones transversales de la espuma metálica perpendiculares a la dirección de flujo térmico deseada. El intercambiador de calor realizado con este bloque de espuma metálica comprende, además, una placa base térmica de metal, de compuesto de matriz metálica o de cerámica. La cara de la placa base orientada hacia la espuma metálica está recubierta de una capa de metal, de forma que es posible una unión directa entre la placa base térmica y el bloque de espuma metálica. Además, el intercambiador de calor comprende una carcasa que recubre las demás caras del bloque de espuma metálica y que dispone de conducciones entrantes y salientes para el medio refrigerante. De esta forma, el intercambiador de calor descrito en US 6,196,307 también muestra los inconvenientes ya descritos. US 5,145,001 se refiere a otro intercambiador de calor en metálica porosa.

Por ello, el objetivo de la presente invención consiste en superar los inconvenientes del estado de la técnica arriba descritos. Se trata así de proponer un intercambiador de calor mejorado. Concretamente, se pretende describir un intercambiador de calor que permita una mejora en el intercambio de calor.

Esta cuestión queda resuelta mediante las características de la reivindicación 1. Las convenientes configuraciones de la invención se deducen de las características descritas en las reivindicaciones dependientes.

De esta forma, la invención facilita un intercambiador de calor constituido por espuma metálica de poros abiertos, y en el que al menos parte de las celdas contenidas en la espuma metálica están conectadas entre sí, de forma que un medio fluido puede fluir a través de la espuma metálica.

Dado que el intercambiador de calor se fabrica en espuma metálica de poros abiertos, los intercambiadores de calor así obtenidos tienen las ventajas de presentar un peso reducido, debido a una proporción de material de un cinco por ciento de la unidad de volumen, así como una gran superficie interna, permeabilidad, grandes posibilidades de configuración geométrica y una amplia paleta de materiales disponibles.

Así, el intercambiador de calor propuesto se diferencia del evacuador de calor propuesto en EP 0 559 092 por el hecho de que el intercambiador de calor está fabricado completamente en espuma metálica. De esta forma, se evita la composición de un intercambiador de calor a partir de diferentes elementos constructivos, que deben unirse entre sí, con los inconvenientes que ello supone, y que ya se han explicado.

El intercambiador de calor, obtenido a partir de espuma metálica de poros abiertos, transmite la energía calórica desde el medio a refrigerar, que se encuentra en contacto con el intercambiador de calor. Para ello, el medio a refrigerar se transporta dentro de la estructura de poros abiertos de la espuma metálica, lo cual produce turbulencias. La turbulencia permite un mejor paso del calor desde el medio hacia la espuma metálica de poros abiertos, el cual, dado lo reducido de su masa, permite una rápida y homogénea difusión de la energía calórica. En este proceso, la evacuación del calor se produce de forma no direccional. La resistencia al flujo presentada por la espuma metálica puede regularse a través de la cantidad de poros. Con el fin de evitar la corrosión, el material del intercambiador de calor se elige de acuerdo con la naturaleza del medio a refrigerar. Un procedimiento para la fabricación de espumas metálicas se encuentra en DE 199 39 155.

La espuma metálica de poros abiertos puede utilizarse como suplemento de un recipiente, como granulado para la distribución homogénea del calor (procedimiento de sorción), o para evitar sobrecalentamientos locales, por ejemplo en materiales radiactivos.

Con el fin de obtener una mejora adicional en la eficacia del intercambiador de calor, es posible modificar el volumen de las celdas contenidas en la espuma metálica de acuerdo con la distancia entre ellas y el lugar de entrada en la espuma metálica del flujo calórico a disipar, de forma que se consigue una graduación. Según el fin perseguido (es decir, por ejemplo, según la diferencia de temperatura o la velocidad de la evacuación calórica), el volumen de las celdas puede aumentar o disminuir. Al mismo tiempo, o de forma alternativa, el grosor de la estructura entre las celdas puede reducirse a medida que aumenta la distancia con respecto al punto de entrada del flujo calórico a disipar.

La forma del intercambiador de calor es muy variable, es decir, la espuma metálica puede fundirse en cualquier forma que resulte adecuada. Por ejemplo, el intercambiador de calor puede tener forma de paralelepípedo, cubo, tubo o peine. De igual forma, el intercambiador de calor puede presentar varios segmentos formados por la espuma metálica de poros abiertos. Estos segmentos están convenientemente unidos entre sí.

El intercambiador de calor puede presentar otros elementos constructivos en unión con la espuma metálica de poros abiertos. En este caso, los elementos constructivos y la espuma metálica de poros abiertos están fundidos en una pieza, de forma que la unión entre los elementos constructivos y la espuma metálica es firme. De esta forma se posibilita la fabricación de intercambiadores de calor más complejos. Estos no presentan, sin embargo, los inconvenientes de los intercambiadores de calor conocidos, ya que tanto los elementos constructivos como la espuma metálica de poros abiertos se fabrican a partir del mismo material, y la fundición conjunta hace innecesaria una unión posterior de los elementos constructivos entre sí, de forma que se evitan - o al menos se reducen - las barreras opuestas al flujo calórico y las fugas producidas por corrosión de contacto. Además, se reduce la cantidad de material necesaria para la fabricación del intercambiador de calor, y la resistencia de este es claramente superior. Además, se hace posible la fabricación de intercambiadores de calor compactos que,...

1. Intercambiador de calor, constituido por espuma metálica de poros abiertos (2) y al menos un disipador de calor (9), unido de manera firme a la espuma metálica (2), y cuya superficie orientada en dirección opuesta a la de la espuma metálica (2) presenta una estructura tal, que sobre la superficie del disipador de calor (9) se encuentran estructuras canaliformes (10), las cuales sirven para que fluya a través de ellas un medio fluido.

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado por que se han integrado tubos (11) en las estructuras (10) formadas en la superficie del disipador de calor (9).

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado por que se han integrado, mediante soldadura, presión o pegado, tubos (11) en las estructuras (10) de la superficie del disipador de calor (9).

4. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el disipador de calor (9) tiene forma de nervio (9.1) o de placa (9.2).

5. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el disipador de calor (9) está compuesto de metal macizo.

6. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que presenta elementos constructivos (por ejemplo tubos) en unión con la espuma metálica de poros abiertos (2), fundidos en una pieza junto con la espuma metálica de poros abiertos, de forma que los elementos constructivos están unidos de manera firme con la espuma metálica.

7. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el volumen de los poros contenidos en la espuma metálica (2) varía a medida que aumenta la distancia con respecto al lugar de entrada en la espuma metálica (2) del flujo calórico a evacuar.

8. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el volumen de los poros contenidos en la espuma metálica (2) aumenta a medida que aumenta la distancia con respecto al lugar de entrada del flujo calórico a evacuar.

9. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el volumen de los poros contenidos en la espuma metálica (2) disminuye a medida que aumenta la distancia con respecto al lugar de entrada del flujo calórico a evacuar.

10. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el grosor de la estructura metálica que se encuentra entre los poros disminuye a medida que aumenta la distancia con respecto al lugar de entrada del flujo calórico a evacuar.

11. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la espuma metálica (2) está compuesta de aluminio.

12. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el disipador de calor (9) está compuesto de aluminio, cobre o acero.

13. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el disipador de calor (9) está unido a una capa de cubrimiento (12).

14. Intercambiador de calor según la reivindicación 13, caracterizado por que la superficie de la capa de cubrimiento (12) orientada hacia el disipador de calor (9) presenta una estructura invertida (13) con respecto a la estructura (10) de la superficie del disipador de calor (9).

15. Intercambiador de calor según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado por que la capa de cubrimiento (12) presenta una estructuración (13) más fina que la del disipador de calor (9).

16. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por que la capa de cubrimiento (12) está compuesta del mismo material que el disipador de calor (9).

17. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las estructuras (10, 13) en la superficie del disipador de calor (9) y/o la capa de cubrimiento (12) están mejoradas mediante revestimientos.

18. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la espuma metálica (2) encierra un ventilador para convección forzada.

19. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la superficie de la espuma metálica (2) está revestida con nanopartículas.