ES2632935T3 - Sistema de transmisión de calor con evaporador - Google Patents

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ES2632935T3 ES06838482.5T ES06838482T ES2632935T3 ES 2632935 T3 ES2632935 T3 ES 2632935T3 ES 06838482 T ES06838482 T ES 06838482T ES 2632935 T3 ES2632935 T3 ES 2632935T3
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Dmitry Khrustalev
Pete Cologer
Jessica Maria Garzon
Charles Stouffer
Dave Feenan
Jeff Baker
Matthew C. Beres
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Northrop Grumman Innovation Systems LLC
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Abstract

Un sistema de transmisión de calor, que comprende: al menos un evaporador (105), que comprende: una pared de barrera cilíndrica (400) que define una abertura axial central (515) y una superficie cilíndrica exterior (505), teniendo la pared de barrera cilíndrica (400) una cierta longitud, un primer extremo axial y un segundo extremo axial; una tapa (405) que ajusta en un extremo de la pared de barrera cilíndrica (400), incluyendo la tapa (405) una superficie exterior que es externa a la abertura axial central (515) y una superficie interior que se apoya contra la abertura axial central (515); una mecha cilíndrica (800) dispuesta dentro de la abertura axial central (515), que tiene una superficie interior (510) que define un canal axial central (820) y que se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud de la pared de barrera cilíndrica (400) desde el primer extremo axial hasta el segundo extremo axial; estando el sistema de transmisión de calor caracterizado por: una parte de la superficie cilíndrica exterior (505) que define un conducto de entrada de líquido (210) que se extiende a través de la superficie cilíndrica exterior de la pared de barrera cilíndrica (400) y a través de la mecha cilíndrica (800) hasta el canal axial central (820) definido por la superficie interior (510) de la mecha cilíndrica (800); un conducto de salida de líquido (215) que se extiende a través de la pared de barrera cilíndrica (400) y a través de la mecha cilíndrica (800) hasta el canal axial central (820) definido por la superficie interior (510) de la mecha cilíndrica (800); y un conducto de vapor (220) que se extiende a través de la pared de barrera cilíndrica (400) hasta un canal de extracción de vapor que está definido en una superficie de contacto entre la mecha cilíndrica (800) y la pared de barrera cilíndrica (400).

Description

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DESCRIPCION
Sistema de transmision de calor con evaporador Campo tecnico
La invencion se refiere a un sistema de transmision de calor y a un metodo para transmitir calor segun el preambulo de las reivindicaciones 1 y 20, como se conoce a partir del documento US 4 040 478 A.
Antecedentes
Los sistemas de transmision de calor se usan para transportar calor de un lugar (la fuente de calor) a otro lugar (el disipador de calor). Los sistemas de transmision de calor se pueden usar en equipos electronicos, que requieren a menudo ser enfriados durante su funcionamiento.
Los Tubos de calor en bucle (LHP) y los Bucles bombeados por capilaridad (CPL) son ejemplos de sistemas de transmision de calor en bucles de dos fases. Cada uno de estos sistemas incluye un evaporador acoplado termicamente a la fuente de calor, un condensador acoplado termicamente al disipador de calor, un fluido que circula entre el evaporador y el condensador, y un deposito de fluido para la expansion del fluido. El fluido dentro del sistema de transmision de calor se puede denominar el fluido de trabajo. El evaporador incluye una mecha y un nucleo que incluye un paso de flujo de fluido. El calor que adquiere el evaporador se transporta al condensador y se descarga mediante dicho condensador.
Estos sistemas utilizan la presion capilar, desarrollada en una mecha de poros finos dentro del evaporador, para favorecer la circulacion del fluido de trabajo desde el evaporador hasta el condensador, y de vuelta al evaporador. Estos sistemas pueden incluir ademas una bomba mecanica que ayuda a la recirculacion del fluido de vuelta al evaporador desde el condensador.
El documento EP 0 363 721 A1 describe un intercambiador de calor con evaporador, al que se suministra, mediante una valvula auxiliar, un medio de evaporacion desde un recipiente de almacenamiento. El dispositivo evaporador consiste en un tubo con una estructura capilar interna y nervios externos para la absorcion de calor. El medio de evaporacion se alimenta a un extremo del tubo, mientras que el otro extremo tiene orificios de una cubierta hidrofoba y una cazoleta de descarga de vapor de agua.
El documento US 3 741 289 A ensena un dispositivo de transmision de calor que transmite calor a un disipador de calor por vaporizacion y condensacion de un fluido de transmision de calor dentro del dispositivo. Un primer paso esta dispuesto para transportar vapor desde el vaporizador capilar hasta el disipador de calor. Otro paso, que es esencialmente una prolongacion del primer paso, transporta lfquido condensado desde el disipador de calor hasta el vaporizador.
El documento US 4 627 487 A ensena un sistema de tubos de calor que incluye un tubo de vapor y un tubo de retorno de lfquido. El tubo de vapor y el tubo de retorno de lfquido estan conectados entre sf en un sistema totalmente cerrado y estan interconectados por una pluralidad de conectores de estabilizacion. La pluralidad de conectores de estabilizacion estan llenos de material de mecha para permitir la transferencia de lfquido a traves de los conectores de estabilizacion. El material de mecha forra tambien toda la superficie interior del tubo de vapor.
El documento US 4 040 478 A describe otro sistema de tubos de calor con un evaporador independiente.
Compendio
La invencion esta definida por un sistema de transmision de calor segun la reivindicacion 1 y un metodo para transmitir calor segun la reivindicacion 20. Las realizaciones ventajosas estan definidas en las reivindicaciones dependientes.
Otras caractensticas y ventajas resultaran evidentes a partir de la descripcion, los dibujos y las reivindicaciones. Descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista esquematica de un sistema de transmision de calor;
la figura 2 es una vista, en perspectiva, de un evaporador utilizado en el sistema de transmision de calor de la figura 1;
la figura 3 es una vista, en perspectiva, de un soporte en cuna receptor de calor del evaporador de la figura 2; la figura 4 es una vista, en perspectiva, de una pared de barrera del evaporador de la figura 2; la figura 5 es una vista, en perspectiva y en despiece ordenado, de la pared de barrera de la figura 4; la figura 6A es una vista, en corte transversal lateral, de una tapa extrema de la pared de barrera de la figura 4;
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la figura 6B es una vista, en perspectiva, de la tapa extrema de la figura 6A;
la figura 7 es una vista, en corte transversal axial, de una parte del evaporador de la figura 2;
la figura 8 es una vista, en perspectiva, de una mecha cilmdrica y de una pared de barrera cilmdrica del evaporador de la figura 2;
la figura 9 es una vista, en corte transversal axial, de una parte del evaporador de la figura 2;
la figura 10A es una vista, en perspectiva, de la mecha cilmdrica de la figura 8;
la figura 10B es una vista, en corte transversal axial, de la mecha cilmdrica de la figura 10A;
la figura 10C es una vista, en corte transversal, de la mecha cilmdrica de la figura 10A;
la figura 11 es una vista, en perspectiva, de una parte del evaporador de la figura 2;
las figuras 12 y 13A son vistas, en corte transversal axial, de partes del evaporador de la figura 2;
la figura 13B es una vista esquematica de una parte del evaporador de la figura 13A;
la figura 13C es una vista esquematica de una parte del evaporador de la figura 13A; y
la figura 14 es una vista, en perspectiva, de un soporte en cuna receptor de calor que se puede usar en el evaporador de la figura 2.
Los sfmbolos de referencia semejantes en los diversos dibujos indican elementos semejantes.
Descripcion detallada
Haciendo referencia a la figura 1, un sistema de transmision de calor 100 incluye un evaporador 105, y un condensador 110 acoplado al evaporador 105 por una conduccion de lfquido 115 y una conduccion de vapor 120. El condensador 110 esta en comunicacion termica con un disipador de calor o un radiador y esta unido hidraulicamente al subenfriador 125, y el evaporador 105 esta en comunicacion termica con una fuente de calor (no mostrada). El sistema de transmision de calor 100 incluye un deposito 130 acoplado a la conduccion de lfquido 115 para una contencion adicional de presion, segun sea necesario. El deposito 130 esta unido hidraulicamente al condensador 110. El sistema de transmision de calor 100 incluye tambien alguna clase de sistema de bombeo, tal como, por ejemplo, una bomba mecanica 135. Aunque el sistema 100 se muestra como que tiene un segundo evaporador 107, dicho sistema 100 puede estar disenado con un unico evaporador 105 o una pluralidad de evaporadores en una red hidraulica, como se describe en lo que sigue. En el diseno de la figura 1, los evaporadores 105, 107 estan conectados en serie de manera que entra lfquido en el evaporador 107 desde el condensador 110, sale a continuacion del evaporador 107 y entra en el evaporador 105.
Se puede prestar asistencia al lfquido suministrado a cada evaporador (desde el condensador o desde el evaporador previo en la red) mediante una bomba mecanica 135 para empujar lfquido hacia los evaporadores. Los evaporadores en la red pueden estar conectados en serie con una tubena 145 que permite que el lfquido desde el evaporador 107 circule al siguiente evaporador 105 en la serie. El lfquido que sale del ultimo evaporador 105 en la serie circula a traves de una conduccion 150 independiente entrando en el condensador 110, el deposito 130 o el subenfriador 125. Los conductos de vapor 220 de los evaporadores 105, 107 pueden estar unidos entre sf con una conduccion de vapor 155 para formar eficazmente una unica conduccion de vapor que conduce el vapor generado por ambos evaporadores 105, 107 al condensador 110.
En general, la presion capilar desarrollada dentro del evaporador 105 impulsa un flujo de vapor y la condensacion de vapor en la tubena, distribuida a traves del condensador 110 y el subenfriador 125, rechaza el calor procedente de la fuente de calor. Adicionalmente, la bomba mecanica 135 ayuda a bombear lfquido de vuelta hacia dentro del evaporador 105.
Si dos o mas evaporadores 105, 107 se usan en el sistema 100, entonces, un regulador de contrapresion 140 o un regulador de flujo (no mostrado) se puede usar en dicho sistema 100 para conseguir flujo uniforme de fluido a fin de mantener un funcionamiento mas estable. Como se muestra en la figura 1, el regulador de contrapresion 140 esta situado en la conduccion de vapor 120, antes del condensador 110. El regulador de flujo esta situado en la conduccion de lfquido 115, entre el condensador 110 y el primer evaporador en la serie de evaporadores.
Haciendo referencia a la figura 2, el evaporador 105 incluye una pared de barrera 200 para encerrar el fluido de trabajo dentro de dicho evaporador 105, un soporte en cuna receptor de calor 205 que cubre, al menos, parte de la superficie exterior de la pared de barrera 200, una mecha cilmdrica (no mostrada en la figura 2, pero mostrada en las figuras 7-10C) dentro de la pared de barrera 200, un conducto de entrada de lfquido 210 que se extiende a traves de la pared de barrera 200 y a traves de la mecha cilmdrica, un conducto de salida de lfquido 215 que se extiende a traves de la pared de barrera 200 y entra en la mecha cilmdrica y un conducto de vapor 220 que se extiende a traves
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de la pared de barrera 200. El evaporador 105 puede estar realizado para soportar una carga termica de 800 W (que puede estar distribuida como 400 W sobre una superficie del evaporador 105 y como 400 W sobre otra superficie del evaporador 105), y tener una conductancia termica de aproximadamente 30 W/K o mas. Ademas, el amomaco es particularmente util como fluido de trabajo cuando el evaporador 105 funciona en el intervalo de temperaturas de - 40°C a +100°C, al menos en parte, puesto que el amomaco se comporta bien en este intervalo de temperaturas.
Haciendo referencia tambien a la figura 3, el soporte en cuna receptor de calor 205 tiene, al menos, una superficie exterior 300 que esta configurada para recibir calor de manera eficiente desde la fuente de calor. Por ejemplo, si la fuente de calor es una fuente de calor plana, entonces, la superficie receptora de calor 300 puede estar configurada como una superficie plana que permite buena conductancia termica entre la superficie 300 y la fuente de calor. El soporte en cuna receptor de calor 205 puede tener dos superficies exteriores 300 para recibir calor desde una fuente de calor con varias superficies o para recibir calor desde dos o tres fuentes de calor diferentes. El soporte en cuna receptor de calor 205 tiene una superficie interior 305 con una forma que es complementaria a la forma de la pared de barrera 200. Como se muestra, la superficie interior 305 es cilmdrica. Ademas, el soporte en cuna receptor de calor 205 define una abertura axial 310 a lo largo de un lado del soporte en cuna 205. La abertura axial 310 permite un montaje mas facil o mas conveniente del soporte en cuna con el evaporador que tiene los conductos 210, 215, 220 soldados a la pared de barrera 200. En una implementacion, el soporte en cuna receptor de calor 205 esta realizado de un material que tiene un coeficiente de expansion termica por debajo de aproximadamente 9,0 ppm/K a 20°C y esta realizado de un material que esta dentro de aproximadamente 2 veces la magnitud del coeficiente de expansion termica de la fuente de calor aplicada al soporte en cuna receptor de calor 205. Por ejemplo, si la fuente de calor tiene un CTE de aproximadamente 3 ppm/K a 20°C, entonces, el soporte en cuna receptor de calor puede estar realizado de aproximadamente un 99,5% de oxido de berilio (BeO), que tiene un coeficiente de expansion termica de aproximadamente 6,4 ppm/K a 20°C. Ademas, el BeO tiene una conductividad termica de casi aproximadamente 250 W/(m-K). El soporte en cuna receptor de calor 205 puede estar tambien chapado con mquel (Ni) o cualquier otro material conductor adecuado. El soporte en cuna receptor de calor 205 puede estar fabricado mediante moldeo o mecanizado.
Haciendo referencia tambien a las figuras 4 y 5, la pared de barrera 200 puede estar configurada como una carcasa estanca al vacm que contiene el fluido de trabajo y que esta en contacto termico mtimo con el soporte en cuna receptor de calor 205. La pared de barrera 200 incluye una pared de barrera cilmdrica 400 y un conjunto de tapas extremas 405 que ajustan en un extremo 410 de la pared de barrera cilmdrica 400. La pared de barrera cilmdrica 400 incluye una superficie interior 510 que define una abertura axial central 515 para recibir la mecha cilmdrica (como se muestra en las figuras 7-10C), y una superficie cilmdrica exterior 505 que esta dimensionada para ajustar dentro del soporte en cuna receptor de calor 205 y contactar con la superficie interior 305. La pared de barrera cilmdrica 400 esta unida de modo metalurgico, por ejemplo, mediante soldadura, al soporte en cuna receptor de calor 205 por toda su longitud. La resistencia termica en la superficie de contacto de la soldadura es menor que aproximadamente 0,1 K-cm2/W, lo que da como resultado una diferencia de temperaturas correspondiente menor que aproximadamente 5 K para un flujo calonfico de aproximadamente 50 W/cm2. La pared de barrera cilmdrica 400 esta tambien configurada para definir unos agujeros 420, 425, 430 a traves de los que pasan los conductos 210, 220, 215 respectivos. Los agujeros 420, 425, 430 estan dimensionados para alojar el diametro exterior de los conductos 210, 220, 215 respectivos. La pared de barrera cilmdrica 400 esta realizada de cualquier material adecuado para una contencion de fluido, tal como, por ejemplo, mquel.
Haciendo referencia tambien a las figuras 6A, 6B y 7, las tapas extremas 405 incluyen una superficie plana interior 600, una superficie plana exterior 605, una superficie cilmdrica exterior 610 y una superficie conica 615. La anchura 620 entre la superficie plana interior 600 y la superficie plana exterior 605 puede ser aproximadamente 0,25 mm. Como se ha mencionado, las tapas extremas 405 ajustan dentro del extremo de la pared de barrera cilmdrica 400 de manera que la superficie plana exterior 605 y la superficie cilmdrica exterior 610 son externas a la abertura axial central 515, la superficie conica 615 se apoya contra la abertura axial central 515 y la superficie plana interior 600 contacta con el extremo de la pared de barrera cilmdrica 400. Las tapas extremas 405 estan fijadas al extremo de la pared de barrera cilmdrica 400 por una soldadura 700 de manera que dichas tapas extremas 405 cierran hermeticamente el fluido de trabajo dentro de dicha pared de barrera cilmdrica 400. La soldadura 700 se extiende desde la pared de barrera cilmdrica 400 sobre la superficie cilmdrica exterior 610. Las tapas extremas 405 pueden estar realizadas de acero inoxidable o de cualquier material adecuado que se pueda fijar a la pared de barrera cilmdrica 400.
Haciendo referencia tambien a las figuras 8, 9, 10A, 10B y 10C, el evaporador 105 incluye la mecha cilmdrica 800 que esta alojada dentro de la abertura axial central 515 de la pared de barrera cilmdrica 400. La mecha cilmdrica 800 incluye una superficie exterior 805 que esta conformada para ajustar dentro de la abertura axial central 515. La superficie interior 510, que define la abertura axial central 515, puede estar escariada y pulida y la superficie exterior 805 de la mecha puede estar mecanizada para facilitar el contacto termico entre la mecha 800 y la pared de barrera cilmdrica 400.
La mecha cilmdrica 800 incluye tambien una superficie interior 815, que define un canal axial central 820 que retiene fluido de trabajo, y unas superficies laterales 810, que conectan la superficie interior 815 a la superficie exterior 805. Puesto que la superficie interior 815 es mas corta en la direccion axial que la superficie exterior 805, las superficies laterales 810 estan en angulo para recibir las tapas extremas 405. Ademas, puesto que las tapas extremas 405
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estan conformadas de modo conico y tienen una anchura 620 que es delgada con relacion al lado total de las tapas extremas 405, la superficie exterior 805 de la mecha 800 se extiende desde o cerca de un borde de la pared de barrera cilmdrica 400 hasta o cerca de otro borde de la pared de barrera cilmdrica 400, tal como, por ejemplo, hasta un intervalo de 0,25 mm del borde de la pared de barrera cilmdrica 400. Configurado como tal, el lfquido de trabajo dentro del evaporador 105 puede circular a traves de toda la longitud de la pared de barrera cilmdrica 400, que recibe el calor a traves del soporte en cuna receptor de calor 205.
La mecha 800 incluye tambien unas acanaladuras de vapor circunferenciales 825 formadas en la superficie exterior 805, y envolviendo dicha superficie, y al menos un canal axial exterior de vapor 830 formado en la superficie exterior 805. Las acanaladuras de vapor circunferenciales 825 estan conectadas para circulacion de fluido al canal axial exterior de vapor 830, que se conecta a un paso de conducto de vapor 835. Haciendo referencia tambien a la figura 10D, la mecha 800 esta realizada de un material que tiene poros 1000 con unos radios 1005 para favorecer el flujo capilar del lfquido. Los radios 1005 pueden ser desde aproximadamente uno a varios micrometros y, en una implementacion en la que la mecha 800 esta realizada de titanio, los poros 1000 tienen unos radios 1005 de aproximadamente 1,5 pm.
El paso de conducto de vapor 835 esta acoplado para circulacion de fluido al conducto de vapor 220. El conducto de vapor 220 se extiende a traves del agujero 425 de la pared de barrera cilmdrica 400 y finaliza adyacente al paso de conducto de vapor 835 de la mecha 800. El conducto de vapor 220 esta cerrado hermeticamente a la pared de barrera cilmdrica 400, soldando dicho conducto de vapor 220 a dicha pared de barrera cilmdrica 400 en el agujero 425. El conducto de vapor 220 puede ser un tubo de pared unica realizado de un material que es adecuado para el cierre hermetico, tal como acero inoxidable.
La mecha incluye tambien unos pasos de conducto de lfquido 840, 845 que estan acoplados para circulacion de fluido, respectivamente, a los conductos de lfquido 210, 215 de manera que dichos conductos de lfquido 210, 215 se extienden a traves de los pasos 840, 845 y se abren al canal axial central 820. Haciendo referencia tambien a las figuras 11-13, cada uno de los conductos de lfquido 210, 215 esta disenado como un conjunto de doble pared que tiene un tubo interior 1100 y un manguito exterior 1105, donde el tubo interior esta dentro del manguito exterior 1105 y tanto el tubo interior 1100 como el manguito exterior 1105 se extienden a lo largo del eje del conducto de lfquido 210, 215. Una primera zona 1110 del tubo interior 1100 esta fijada y cerrada hermeticamente al manguito exterior 1105 mediante, por ejemplo, soldadura del tubo interior 1100 al manguito exterior 1105 en la primera zona 1110. Una segunda zona 1115 del tubo interior 1100 esta sellada a la mecha 800. Haciendo referencia tambien a la figura 13B, la segunda zona 1115 del tubo interior 1100 esta sellada a la mecha cilmdrica 800 de tal manera que un intersticio 1010 entre el tubo interior 1100 (en la segunda zona 1115) y la mecha cilmdrica 800 es menor que el radio 1005 de los poros 1000 dentro de la mecha cilmdrica 800. Por ejemplo, la segunda zona 1115 puede estar soldada directamente a la mecha 800, la segunda zona 1115 puede estar comprimida mecanicamente a la mecha 800 o la segunda zona 1115 puede estar ajustada a presion a la mecha. El manguito exterior 1105 esta fijado a la pared de barrera cilmdrica 400 mediante, por ejemplo, soldadura. La primera zona 1110 del tubo interior 1100 puede estar realizada de un primer metal, tal como acero inoxidable, y la segunda zona 1115 del tubo interior 1100 puede estar realizada de un segundo metal, tal como titanio o cualquier material adecuado para sellarse a la mecha 800. La primera zona 1110 se puede unir con la segunda zona 1115 usando una tecnica de soldadura por friccion en la que se forma una union metalurgica entre la primera zona 1110 y la segunda zona 1115. El manguito exterior 1105 puede estar realizado de acero inoxidable o mquel.
El evaporador 105 incluye tambien un conjunto de tapones 850 que ajustan dentro del canal axial central 820. Los tapones 850 estan realizados de un material macizo que es compatible para su fijacion a la mecha 800, por ejemplo, si la mecha esta realizada de titanio, los tapones 850 pueden estar realizados de titanio o de cualquier material adecuado para sellarse a la mecha 800. Los tapones 850 pueden estar soldados directamente a la mecha 800, los tapones 850 pueden estar comprimidos mecanicamente dentro de la mecha 800 o los tapones 850 pueden ajustar a presion dentro de la mecha 800. Los tapones 850 estan fijados a la superficie interior 815 de la mecha 800 mediante soldadura o cualquier otro mecanismo apropiado de sellado que impida que cualquier fluido circule entre los tapones 850 y la mecha. Haciendo referencia tambien a la figura 13C, el tapon 850 esta fijado a la mecha cilmdrica 800 de tal manera que un intersticio 1050 entre dicho tapon 850 y dicha mecha cilmdrica 800 es menor que el radio 1005 de los poros 1000 dentro de la mecha cilmdrica 800.
En funcionamiento, el sistema de transmision de calor 100 transmite calor, desde una fuente de calor adyacente al soporte en cuna receptor de calor 205, del evaporador 105 al condensador 110. Un fluido de trabajo desde el condensador 110 circula a traves del conducto de entrada de lfquido 210, a traves del paso de conducto de lfquido 840 de la mecha 800 y entra en el canal axial central 820, que actua como un canal de flujo de lfquido. El lfquido circula a traves de la mecha 800 mientras el calor se aplica o entra en el soporte en cuna receptor de calor 205 y, por lo tanto, en la superficie cilmdrica exterior 505 de la pared de barrera cilmdrica 400. El lfquido se evapora, formando vapor que esta libre para circular a lo largo de las acanaladuras de vapor circunferenciales 825, a lo largo del canal axial exterior de vapor 830 (vease la figura 10C), del paso de conducto de vapor 835 y del conducto de vapor 220 a la conduccion de vapor 120. Sustancialmente, toda la superficie cilmdrica exterior 505 de la pared de barrera cilmdrica 400 actua como una superficie de absorcion de calor, puesto que la mecha 800 esta disenada para extenderse hasta casi el extremo de la pared de barrera cilmdrica 400, permitiendo asf la transmision de calor en el extremo.
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Como se ha mencionado anteriormente en la figura 1, varios evaporadores, que tienen el diseno del evaporador 105, pueden estar conectados a una red de flujo de fluido en el sistema de transmision de calor 100. Estos evaporadores 105 diversos pueden estar conectados en serie (como se muestra en la figura 1) o en paralelo de tal manera que el lfquido de trabajo puede entrar y salir de cada evaporador a traves de los conductos de lfquido. Se muestra una red de flujo de fluido en paralelo, por ejemplo, en la figura 7 de la solicitud de EE. UU. numero 10/602.022, que se incorpora en la presente memoria por referencia en su totalidad. El caudal masico de lfquido que entra en los evaporadores de la red esta controlado por el sistema de bombeo. El caudal masico de lfquido que entra en uno de los evaporadores de la red debena exceder el caudal masico de vapor que sale de ese evaporador, de manera que el caudal masico de lfquido que sale de cada evaporador es mayor que cero.
Otras implementaciones estan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.
Los materiales para el evaporador 105 se pueden elegir a fin de mejorar el comportamiento en el funcionamiento de dicho evaporador 105 para un intervalo particular de temperaturas de funcionamiento.
Como se ha mencionado, la mecha cilmdrica 800 puede estar realizada de cualquier material poroso adecuado, tal como, por ejemplo, mquel, acero inoxidable, Teflon poroso o polietileno poroso.
En otra implementacion, el sistema de bombeo para el sistema de transmision de calor 100 puede incluir un bucle secundario que incluye un evaporador secundario. Adicionalmente, el evaporador 105 puede incluir una mecha secundaria para barrer burbujas de vapor hacia fuera de la mecha y hacia dentro del bucle secundario. De este modo, las burbujas de vapor que se forman dentro del canal axial central 820 se pueden barrer hacia fuera del canal 820 a traves de un paso de vapor y hacia dentro de una salida de fluido. En tal diseno, la mecha secundaria actua para separar el vapor y el lfquido dentro del canal axial central 820 de la mecha 800. Tal diseno se muestra, por ejemplo, en la solicitud de EE. UU. numero 10/602.022.
Haciendo referencia a la figura 14, un soporte en cuna receptor de calor 1405 puede estar disenado con unas aberturas 1410, 1415, 1420 discretas a lo largo de un lado 1425 del soporte en cuna. Las aberturas 1410, 1415, 1420 discretas estan alineadas, respectivamente, con los conductos 210, 215, 220 para permitir que los mismos se extiendan a traves del soporte en cuna receptor de calor 1405.
El deposito 130 puede estar derivado en fno hacia el condensador 110 o el radiador 125, y puede estar controlado con calentamiento adicional.
En vez de realizar la tapa 405 y el tapon 850 como piezas independientes, la tapa y el tapon pueden estar realizados como una pieza integral. Por ejemplo, la tapa puede incluir un saliente de tapon dentro de la abertura axial central y que esta fijado a la mecha cilmdrica.
Las acanaladuras de vapor circunferenciales no tienen que estar formadas exclusivamente en la superficie exterior de la mecha. Las acanaladuras de vapor circunferenciales pueden estar definidas a lo largo de la superficie de contacto entre la mecha y la pared de barrera cilmdrica. Por ejemplo, las acanaladuras de vapor circunferenciales pueden estar formadas en la superficie interior de la pared de barrera cilmdrica, pero no en la superficie exterior de la mecha. Como otro ejemplo, las acanaladuras de vapor circunferenciales pueden estar parcialmente formadas en la superficie interior de la pared de barrera cilmdrica y parcialmente formadas en la superficie exterior de la mecha.
El canal axial exterior de vapor no tiene que estar formado exclusivamente en la superficie exterior de la mecha. El canal axial exterior de vapor puede estar definido a lo largo de la superficie de contacto entre la mecha y la pared de barrera cilmdrica. Por ejemplo, el canal axial exterior de vapor puede estar formado en la superficie interior de la pared de barrera cilmdrica, pero no en la superficie exterior de la mecha. Como otro ejemplo, el canal axial exterior de vapor puede estar parcialmente formado en la superficie interior de la pared de barrera cilmdrica y parcialmente formado en la superficie exterior de la mecha.

Claims (20)

  1. 5
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    15
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    35
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    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de transmision de calor, que comprende: al menos un evaporador (105), que comprende:
    una pared de barrera cilmdrica (400) que define una abertura axial central (515) y una superficie cilmdrica exterior (505), teniendo la pared de barrera cilmdrica (400) una cierta longitud, un primer extremo axial y un segundo extremo axial;
    una tapa (405) que ajusta en un extremo de la pared de barrera cilmdrica (400), incluyendo la tapa (405) una superficie exterior que es externa a la abertura axial central (515) y una superficie interior que se apoya contra la abertura axial central (515);
    una mecha cilmdrica (800) dispuesta dentro de la abertura axial central (515), que tiene una superficie interior (510) que define un canal axial central (820) y que se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud de la pared de barrera cilmdrica (400) desde el primer extremo axial hasta el segundo extremo axial;
    estando el sistema de transmision de calor caracterizado por:
    una parte de la superficie cilmdrica exterior (505) que define un conducto de entrada de lfquido (210) que se extiende a traves de la superficie cilmdrica exterior de la pared de barrera cilmdrica (400) y a traves de la mecha cilmdrica (800) hasta el canal axial central (820) definido por la superficie interior (510) de la mecha cilmdrica (800);
    un conducto de salida de lfquido (215) que se extiende a traves de la pared de barrera cilmdrica (400) y a traves de la mecha cilmdrica (800) hasta el canal axial central (820) definido por la superficie interior (510) de la mecha cilmdrica (800); y
    un conducto de vapor (220) que se extiende a traves de la pared de barrera cilmdrica (400) hasta un canal de extraccion de vapor que esta definido en una superficie de contacto entre la mecha cilmdrica (800) y la pared de barrera cilmdrica (400).
  2. 2. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que el canal de extraccion de vapor comprende:
    al menos un canal axial exterior de vapor (830) formado en la superficie exterior (805) de la mecha cilmdrica (800), estando dicho al menos un canal axial exterior de vapor (830) en comunicacion de fluido con el conducto de vapor (220); y
    unas acanaladuras de vapor circunferenciales (825) formadas en la superficie exterior (805) de la mecha cilmdrica (800), y envolviendo dicha superficie, estando las acanaladuras de vapor circunferenciales (825) conectadas para circulacion de fluido al canal axial exterior de vapor (830).
  3. 3. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un manguito (1105) que esta fijado a cada uno del conducto de entrada de lfquido (210) y del conducto de salida de lfquido (215) de la pared de barrera cilmdrica (400).
  4. 4. El sistema segun la reivindicacion 3, en el que el manguito (1105) esta soldado a la pared de barrera cilmdrica (400) en la superficie cilmdrica exterior (505).
  5. 5. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que cada uno del conducto de entrada de lfquido (210) y del conducto de salida de lfquido (215) comprende ademas:
    un manguito exterior (1105) que define un eje de manguito; y
    un tubo (1100) dentro del manguito exterior (1105) y que se extiende a lo largo del eje de manguito; en el que:
    una primera zona (1110) del tubo (1100) esta fijada al manguito exterior (1105) y una segunda zona (1115) del tubo (1100) esta fijada a la mecha cilmdrica (800); y
    el manguito exterior (1105) del conducto de entrada de lfquido (210) esta fijado al conducto de entrada de lfquido (210) de la pared de barrera cilmdrica (400) y el manguito exterior (1105) del conducto de salida de lfquido (215) esta fijado al conducto de salida de lfquido (215) de la pared de barrera cilmdrica (400).
  6. 6. El sistema segun la reivindicacion 5, en el que la segunda zona (1115) del tubo (1100) esta sellada a la mecha cilmdrica (800) de tal manera que un espacio (1010) entre el tubo (1100) en la segunda zona (1115) y la mecha cilmdrica (800) es menor que un radio de los poros (1000) dentro de la mecha cilmdrica (800).
  7. 7. El sistema segun la reivindicacion 5, en el que:
    el tubo (1100) esta realizado de un primer metal en la primera zona (1110) y el tubo (1100) esta realizado de un segundo metal en la segunda zona (1115);
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    50
    la primera zona (1110) del tubo (1100) esta soldada al manguito exterior (1105); y la segunda zona (1115) del tubo (1100) esta soldada a la mecha cilmdrica (800).
  8. 8. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un soporte en cuna receptor de calor (205) que cubre, al menos, parte de la superficie cilmdrica exterior (505) de la pared de barrera cilmdrica (400), en el que el soporte en cuna receptor de calor (205) esta realizado de un material que tiene un coeficiente de expansion termica de aproximadamente 2 veces la magnitud del coeficiente de expansion termica de la fuente de calor aplicada al evaporador (105).
  9. 9. El sistema segun la reivindicacion 2, que comprende ademas un paso de conducto de vapor (835) formado en la mecha cilmdrica (800), en el que el canal axial exterior de vapor (830) esta conectado al paso de conducto de vapor (835) y en el que el conducto de vapor (220) se extiende a traves de la pared de barrera cilmdrica (400) y finaliza adyacente al paso de conducto de vapor (835) de la mecha cilmdrica (800).
  10. 10. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un condensador (110), y en el que dicho al menos un evaporador (105) incluye, al menos, dos evaporadores (105, 107) conectados para circulacion de fluido entre sf, en el que al menos uno de dichos al menos dos evaporadores (105, 107) esta acoplado a una conduccion de lfquido (115) que esta acoplada al condensador (110) y en el que otro evaporador (105) de dichos al menos dos evaporadores (105, 107) esta acoplado a una conduccion de vapor (120) que esta acoplada para circulacion de fluido al condensador (110).
  11. 11. El sistema segun la reivindicacion 10, que comprende ademas un sistema de bombeo (135) acoplado al condensador (110) y al evaporador (105).
  12. 12. El sistema segun la reivindicacion 11, en el que el sistema de bombeo (135) incluye una bomba mecanica dentro de la conduccion de lfquido (115).
  13. 13. El sistema segun la reivindicacion 11, en el que el sistema de bombeo (135) incluye un bucle secundario pasivo de transmision de calor que incluye un evaporador secundario (105).
  14. 14. El sistema segun la reivindicacion 10, en el que dichos al menos dos evaporadores (105, 107) estan conectados en serie de manera que el fluido de trabajo es capaz de entrar y salir de cada evaporador (105, 107) a traves de su conducto de lfquido (210, 215) asociado.
  15. 15. El sistema segun la reivindicacion 14, que comprende ademas un deposito (130), en el que el lfquido que sale del ultimo evaporador (105) en la serie circula a traves de una conduccion (150) independiente entrando en el condensador (110) o el deposito de fluido (130).
  16. 16. El sistema segun la reivindicacion 14, en el que cada evaporador (105) incluye un conducto de vapor (220), estando cada conducto de vapor (220) unido conjuntamente para formar una unica conduccion de vapor (120) que esta acoplada al condensador (110).
  17. 17. El sistema segun la reivindicacion 10, en el que el caudal masico de lfquido hacia dentro de cada evaporador (105) excede el caudal masico de vapor que viene de cada evaporador (105), de manera que el caudal masico de lfquido que viene de cada evaporador (105) es mayor que cero.
  18. 18. El sistema segun la reivindicacion 10, que comprende ademas un deposito de fluido (130) que esta unido hidraulicamente al condensador (110).
  19. 19. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que la superficie interior (615) de la tapa (405) presenta una forma geometrica sustancialmente conica.
  20. 20. Un metodo para transmitir calor, comprendiendo el metodo:
    hacer circular lfquido a traves de un canal de flujo de lfquido (820) que esta definido dentro de una mecha cilmdrica (800) dispuesta dentro de una pared de barrera cilmdrica (400);
    hacer circular el lfquido desde el canal de flujo de lfquido (820) a traves de la mecha cilmdrica (800); estando el metodo caracterizado por:
    suministrar lfquido al canal de flujo de lfquido (820) definido dentro de la mecha cilmdrica (800) a traves de un conducto de entrada de lfquido (210) que se extiende a traves de la pared de barrera cilmdrica (400) y a traves de la mecha cilmdrica (800) hasta el canal de flujo de lfquido (820) definido dentro de la mecha cilmdrica (800);
    extraer lfquido del canal de flujo de lfquido (820) definido dentro de la mecha cilmdrica (800) a traves de un conducto de salida de lfquido (215) que se extiende a traves de la pared de barrera cilmdrica (400) y a traves de la mecha cilmdrica (800) hasta el canal de flujo de lfquido (820) definido dentro de la mecha cilmdrica (800);
    hacer que se evapore, al menos, algo del Ifquido en un canal de extraccion de vapor (830) que esta definido en una superficie de contacto entre la mecha cilmdrica (800) y la pared de barrera cilmdrica (400);
    extraer vapor del canal de extraccion de vapor (830) en un conducto de vapor (220) que se extiende a traves de la pared de barrera cilmdrica (400) hasta la superficie de contacto entre la mecha cilmdrica (800) y la pared de barrera 5 cilmdrica (400); e
    introducir energfa calonfica en una superficie exterior de absorcion de calor (300) de una pared de barrera cilmdrica (400), en el que la superficie exterior de absorcion de calor (300) se extiende por toda la longitud de la pared de barrera cilmdrica (400).
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