ES2312878T3 - Dispositivo de enfriamiento. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo refrigerador con una pluralidad de cámaras de evaporación (10) que son abiertas unilateralmente y están dispuestas unas junto a otras y están provistas de paredes delimitadoras (11) hechas a partir de material conductor del calor, estando dispuesto en la superficie interior (13) de cada una de dichas cámaras de evaporación un respectivo velo (15) que queda impregnado con un líquido, y siendo dichas cámaras de evaporación adecuadas para ser a través de sus superficies exteriores (12) puestas en contacto con un material a refrigerar, y en correspondencia con la cantidad de cámaras de evaporación (10) una pluralidad de cámaras de condensación (20) que son abiertas unilateralmente y están dispuestas unas junto a otras y están provistas de paredes delimitadoras (21) hechas a partir de material conductor del calor, siendo dichas cámaras de condensación adecuadas para a través de sus superficies exteriores (22) evacuar calor al entorno, estando en cada caso una cámara de evaporación (10) y una cámara de condensación (20) en conexión a través de sus lados abiertos de forma tal que entre la cámara de evaporación (10) y la cámara de condensación (20) queda formada una zona espacial (3) parcialmente evacuada y cerrada con estanqueidad a los gases, de forma tal que, en funcionamiento, el líquido que está contenido en el velo (15) de una cámara de evaporación (10) se evapora en la zona espacial (3), se condensa en la superficie interior (23) de la correspondiente cámara de condensación (20) y es de nuevo aportado al velo (15), estando las paredes delimitadoras (11) de las cámaras de evaporación (10) y las paredes delimitadoras (21) de las cámaras de condensación (20) aisladas térmica y eléctricamente unas de otras mediante adecuados elementos de plástico (5).
Description
Dispositivo de enfriamiento.
La invención se refiere a un dispositivo
refrigerador para unidades a refrigerar del tipo de las que son
preferentemente de gran extensión superficial y emiten calor con
alta potencia calorífica.
Debido a la rápidamente creciente utilización de
aparatos eléctricos o electrónicos tanto en la industria como en
muchos sectores de la vida cotidiana, hay gran demanda de
dispositivos refrigeradores. Esto se cumple en gran medida también
para el sector de las aplicaciones al aire libre, donde han venido
utilizándose hasta la fecha aparatos refrigeradores activos tales
como p. ej. ventiladores. Éstos implican en funcionamiento una
indeseada generación de ruido, y en caso de fallar conducen según
cómo rápidamente a un sobrecalentamiento de la unidad a refrigerar
y a la destrucción de la misma.
En particular en el caso de las unidades a
refrigerar que tienen una gran extensión superficial resultan muy
costosos el montaje y el funcionamiento de aparatos refrigeradores
activos que produzcan la alta potencia frigorífica requerida.
Es del dominio público el uso de evacuadores de
calor ("heat pipes") como dispositivos refrigeradores en los
que debido a la evaporación de líquido y a su condensación un
disipador de calor perfilado evacua calor como se describe p. ej.
en el documento US 5 216 580 o en el documento EP 0 348 838. Los
evacuadores de calor convencionales no son, sin embargo, adecuados
para las aplicaciones en grandes extensiones superficiales, puesto
que son relativamente grandes los recorridos que van desde la
superficie del evaporador hasta la superficie de condensación. La
aplicación de varios evacuadores de calor en una unidad a refrigerar
que tenga una gran extensión superficial es costosa e inadecuada
debido a la limitada cantidad de calor que puede ser evacuada.
La finalidad que persigue la presente invención
es, por consiguiente, la de aportar un dispositivo refrigerador
para unidades a refrigerar de gran extensión superficial que
presente un alto rendimiento, tenga múltiples aplicaciones y sea
muy sencillo y económico de fabricar y utilizar.
Esta finalidad es alcanzada mediante las
características de la reivindicación 1.
Según la invención se propone un dispositivo
refrigerador que presenta una pluralidad de cámaras de evaporación
que son abiertas unilateralmente y están dispuestas unas junto a
otras y están provistas de paredes delimitadoras hechas a partir de
un material conductor del calor, estando dispuesto en la superficie
interior de cada una de dichas cámaras de evaporación un respectivo
velo que queda impregnado con un líquido, y siendo dichas cámaras
de evaporación adecuadas para ser puestas en contacto con un
material a refrigerar a través de sus superficies exteriores, y en
correspondencia con la cantidad de cámaras de evaporación una
pluralidad de cámaras de condensación que son abiertas
unilateralmente y están dispuestas unas junto a otras y están
provistas de paredes delimitadoras hechas a partir de un material
conductor del calor, siendo dichas cámaras de condensación
adecuadas para a través de sus superficies exteriores evacuar calor
al entorno, estando en cada caso una cámara de evaporación y una
cámara de condensación en conexión a través de sus lados abiertos
de forma tal que entre la cámara de evaporación y la cámara de
condensación queda formada una zona espacial parcialmente evacuada
y cerrada con estanqueidad a los gases, de forma tal que, en
funcionamiento, el líquido que está contenido en el velo de una
cámara de evaporación se evapora en la zona espacial, se condensa en
la superficie interior de la correspondiente cámara de condensación
y es de nuevo aportado al velo, estando las paredes delimitadoras
de las cámaras de evaporación y las paredes delimitadoras de las
cámaras de condensación aisladas térmica y eléctricamente unas de
otras mediante adecuados elementos de
plástico.
plástico.
Un dispositivo refrigerador de este tipo según
la invención permite ahora evacuar incluso grandes cantidades de
calor en un tiempo mínimo debido al pequeño recorrido que va desde
la superficie del evaporador hasta la superficie de condensación.
Las superficies del evaporador y las superficies de condensación
pueden además hacerse de forma tal que sean tan grandes como se
desee, y pueden ser optimizadas para la aplicación de la que se
trate. Debido al aislamiento térmico y eléctrico entre las
superficies de evaporación y las superficies de condensación, es
muy pequeña la resistencia al paso del calor del dispositivo
refrigerador según la invención. Es asimismo posible una
utilización al aire libre, así como una refrigeración de componentes
que trabajen con alta tensión.
Ventajosamente, en las superficies interiores de
las cámaras de condensación están dispuestas sendas gasas
metálicas. Gracias a ello es capturado el líquido condensado, y se
ve con ello incrementado el rendimiento del dispositivo
refrigerador. Debido al efecto capilar es con ello además posible
una utilización del dispositivo refrigerador en cualquier
orientación.
Las paredes delimitadores y las almas de unión
de las cámaras de evaporación y las cámaras de condensación están
preferentemente hechas en forma de sendos perfiles extrusionados en
una sola pieza. Es en particular una ventaja de la presente
invención la de que el perfil está configurado de forma tal que las
cámaras de evaporación y las cámaras de condensación quedan con
sendas secciones transversales en U dispuestas unas junto a otras
con almas de unión situadas entre las mismas. Con ello pueden
hacerse de manera muy sencilla y rentable sistemas de refrigeración
de la clase de los que son según la invención, y los mismos ofrecen
múltiples posibilidades de configuración y adaptación.
Las zonas espaciales formadas por las cámaras de
evaporación y las cámaras de condensación quedan ventajosamente
cerradas en sus lados con estanqueidad a los gases con sendos
elementos de cierre. Es en particular ventajoso que los elementos
de cierre estén hechos a partir de poliuretano. Tales elementos de
cierre de plástico son sencillos y cómodos de fabricar y presentan
muy buenas propiedades para el mantenimiento del vacío, puesto que
en vacío se contraen y efectúan con ello una adicional
estanqueización.
El dispositivo refrigerador según la invención
presenta preferentemente elementos de plástico realizados en forma
de regletas de estanqueidad que quedan dispuestas entre los perfiles
y garantizan el aislamiento térmico y eléctrico entre las cámaras
de evaporación y las cámaras de condensación.
Para incrementar la capacidad de emisión de
calor, se encuentra en las zonas espaciales como líquido
ventajosamente alcohol o agua destilada.
Las superficies exteriores de las cámaras de
condensación tienen preferiblemente incrementada su extensión
superficial. Esto incrementa considerablemente la capacidad de
emisión de calor del sistema refrigerador.
Preferiblemente, cada cámara de condensación
está dispuesta encima de la correspondiente cámara de evaporación,
gracias a lo cual el líquido condensado pasa rápidamente al velo y
queda asegurada una continuamente gran capacidad de emisión de
calor.
Adicionales detalles, ventajas y características
de la presente invención se desprenden de la siguiente descripción
en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos.
Éstos muestran lo siguiente:
La Fig. 1, una vista en sección transversal de
una primera forma de realización del dispositivo refrigerador según
la invención;
la Fig. 2, una representación en despiece del
dispositivo refrigerador de la Figura 1;
la Fig. 3, una vista en sección transversal de
una segunda forma de realización del dispositivo refrigerador según
la invención; y
la Fig. 4, una representación en despiece del
dispositivo refrigerador de la Figura 3.
La Figura 1 muestra una primera forma de
realización preferida de la presente invención, estando el
dispositivo refrigerador 1 representado en sección transversal y
presentando dicho dispositivo refrigerador una simetría con
respecto al plano definido por las referencias A-A.
En la mitad inferior el dispositivo refrigerador 1 presenta cuatro
cámaras de evaporación 10 que están delimitadas mediante paredes
delimitadoras 11 que están respectivamente unidas entre sí con
sendas almas de unión 14. Las superficies exteriores 12 de las
cámaras de evaporación 10 están térmicamente en conexión con la
unidad a refrigerar (no ilustrada). Sobre las superficies
interiores 13 de las cámaras de evaporación 10 está dispuesto un
velo 15 que está impregnado con líquido, como por ejemplo agua
destilada o alcohol.
En la mitad superior el dispositivo refrigerador
1 presenta cuatro cámaras de condensación 20 que están delimitadas
mediante paredes delimitadoras 21 que están a su vez respectivamente
unidas entre sí con almas de unión 24. Las superficies exteriores
22 de las cámaras de condensación 20 son adecuadas para ceder calor
a su entorno. En las superficies interiores 23 de las cámaras de
condensación 20 está dispuesta una gasa 25 que está preferiblemente
hecha de metal y sirve para absorber el líquido condensado y para
volver a llevarlo al velo 15 de la cámara de evaporación 10. El uso
de la gasa 25 es conveniente debido al efecto capilar, porque el
dispositivo refrigerador puede entonces también trabajar p. ej.
"puesto boca abajo", si bien no es necesario para el
funcionamiento del dispositivo refrigerador según la invención. La
gasa 25 impide también entre otras cosas que caigan directamente de
nuevo al interior de las cámaras de evaporación 10 gotas del líquido
condensado. Las bocas unilaterales de las cámaras de evaporación 10
y de las cámaras de condensación 20 quedan en esencia mútuamente
enfrentadas en el plano A-A, quedando debido a ello
formada mediante una cámara de evaporación 10 y una respectiva
cámara de condensación 20 una zona espacial 3 que es evacuada. Las
paredes delimitadoras 11, 21 y las almas de unión 14, 24 de las
cámaras de evaporación 10 y de las cámaras de condensación 20, que
están respectivamente situadas unas junto a otras, están formadas
por un perfil que en su sección transversal tiene preferiblemente
forma de U o forma de cartucho y en la forma de realización
preferida está hecho a base de aluminio extrusionado.
El perfil de evaporación de la mitad inferior
queda dispuesto a una distancia preestablecida del perfil de
condensación de la mitad superior, viniendo esta distancia
determinada por el espesor de los elementos de plástico 5 que se
encuentran entre las almas de unión 14, 24. Mediante los elementos
de plástico 5 quedan aisladas térmica y eléctricamente entre sí las
cámaras de evaporación 10 y las cámaras de condensación 20. Como
material de los elementos de plástico 5 pueden utilizarse plásticos
con adecuadas propiedades térmicas y eléctricas. Naturalmente, para
los perfiles de evaporación y de condensación son también posibles
otros metales distintos del aluminio u otros materiales conductores
del calor.
En la Figura 2 están ilustrados en una vista en
despiece los componentes principales del dispositivo refrigerador
según la invención de la Figura 1, utilizándose para los mismos los
mismos signos de referencia. Los perfiles 16, 26 quedan dispuestos
uno sobre el otro, encontrándose entre las almas de unión 14, 24 los
elementos de plástico 5. Las almas de unión 14, 24 pueden estar por
ejemplo formadas de forma tal que los elementos de plástico 5 sean
susceptibles de ser introducidos en las mismas a la manera de
carriles, con lo cual se obtiene una unión resistente a la tracción
y estanca a los gases de ambos perfiles 16, 26. Los perfiles 16, 26
sujetados de esta manera entre sí quedan cerrados lateralmente con
los elementos de cierre 7. Estos elementos de cierre 7 están hechos
preferiblemente de poliuretano, que al tener lugar la evacuación
(parcial) de las zonas espaciales mediante bombas de vacío que son
conocidas como tales se deforma dando lugar a una aún mejor
estanqueización.
En la forma de realización preferida del
dispositivo refrigerador 1 según la invención que está representada
en la Figura 1 y en la Figura 2 las cámaras de evaporación y de
condensación 10, 20 están dispuestas verticalmente. Naturalmente,
es asimismo posible una utilización de esta forma de realización del
dispositivo refrigerador 1 en posición no vertical, si bien debido
a ello disminuye ligeramente el rendimiento del dispositivo
refrigerador.
La Figura 3 muestra una segunda forma de
realización preferida del dispositivo refrigerador 1 según la
invención en la que las cámaras de evaporación 10 y las cámaras de
condensación 20 no están dispuestas con simetría especular con
respecto al plano de simetría definido por C-C. En
el ejemplo que aquí se muestra, las cámaras de evaporación 10 y las
cámaras de condensación 20 están dispuestas paralelamente unas junto
a otras con una inclinación de 20º respectivamente hacia abajo y
hacia arriba con respecto al plano vertical que pasa por
C-C. Naturalmente, en esta forma de realización
pueden también elegirse otros ángulos de inclinación. Una
particular ventaja de esta forma de realización es la de que al
inclinar todo el dispositivo refrigerador 1 en el plano definido
por C-C pueden formarse entre las cámaras de
condensación 20 conductos de aire tipo chimenea que incrementan la
potencia frigorífica del dispositivo.
La Figura 4 muestra en una representación en
despiece los componentes principales del dispositivo refrigerador
de la Figura 3 según la invención. Se utilizan aquí además los
mismos signos de referencia como en la Figura 2.
Se ilustra a continuación el proceso de
refrigeración según la presente invención. En primer lugar se
calientan las paredes delimitadoras 11 de las cámaras de evaporación
10, puesto que las paredes exteriores 12 están en contacto con el
medio a refrigerar, que es p. ej. gas caliente, o con la unidad a
refrigerar, que es p. ej. un componente electrónico. Las paredes
delimitadoras 11 de las cámaras de evaporación 10 están hechas de
un material que es un muy buen conductor del calor, y el líquido que
está contenido en el velo 15 se evapora en la zona espacial 3
parcialmente evacuada ya a temperaturas relativamente bajas, puesto
que debido al vacío baja la temperatura de ebullición. Debido a la
diferencia de temperaturas, el vapor del líquido migra en dirección
a las cámaras de condensación 20, se difunde a través de la gasa 25
y se condensa en la pared interior 23 de las cámaras de
condensación 20. Debido a ello es cedido calor a las paredes
delimitadoras 21 de las cámaras de condensación 20, siendo dicho
calor transferido al entorno a través de la pared exterior 22 de
las cámaras de condensación 20. El líquido condensado y enfriado
pasa por la pared interior 23 y por la gasa metálica 25 de nuevo a
las cámaras de evaporación 10 y es aportado de nuevo al velo 15.
Este mecanismo de transferencia de calor a
través de líquido evaporado es extremadamente eficaz, debido ante
todo al hecho de que son muy pequeños los recorridos que van desde
la superficie del evaporador hasta la superficie de condensación.
Dicho mecanismo ofrece además la ventaja de que en el dispositivo
refrigerador reinan temperaturas relativamente bajas. De esta
manera pueden transportarse en un tiempo mínimo considerables
cantidades de calor. Además, el dispositivo refrigerador según la
invención puede ser configurado de forma tal que las superficies de
evaporación y de condensación sean tan grandes como se desee. En
comparación con los dispositivos refrigeradores convencionales que
funcionan según el principio de los evacuadores de calor, el objeto
de la presente invención presenta un rendimiento considerablemente
más alto. Este alto rendimiento, así como el aislamiento eléctrico
y térmico de las superficies de evaporación y de condensación, hace
que sea muy pequeña la resistencia al paso del calor del sistema
refrigerador.
Gracias a la propuesta utilización de perfiles
extrusionados y piezas moldeadas de plástico, resulta muy sencilla
y rentable la fabricación de dispositivos refrigeradores según la
invención.
Con ello se logra un dispositivo refrigerador
que refrigera eficazmente incluso las unidades a refrigerar que
tienen una gran extensión superficial, es susceptible de ser
utilizado en los más diversos entornos, como por ejemplo al aire
libre, presenta un alto rendimiento, o sea que puede evacuar incluso
altas potencias caloríficas, y es de fabricación tanto sencilla
como relativamente económica. Naturalmente, este principio de un
dispositivo refrigerador pasivo para grandes superficies no queda
limitado a la concreta forma de realización que se ha dado a
conocer en la descripción que se ha dado hasta aquí.
Por último, para la disposición de las cámaras
de evaporación y de condensación 10, 20 es también pensable que
éstas no estén dispuestas paralelamente unas junto a otras, sino por
ejemplo concéntricamente, es decir, anularmente o bien también
irregularmente unas junto a otras.
El dispositivo refrigerador según la invención
puede ser en conjunto flexiblemente adaptado a una pluralidad de
condiciones marco externas. Se logra con ello una solución que puede
evacuar calor con extrema eficacia y funciona de manera compatible
con la conservación del medio ambiente y sin necesidad de
mantenimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
- \bullet US 5216580 A [0004]
- \bullet EP 0348838 A [0004]
Claims (10)
1. Dispositivo refrigerador con una pluralidad
de cámaras de evaporación (10) que son abiertas unilateralmente y
están dispuestas unas junto a otras y están provistas de paredes
delimitadoras (11) hechas a partir de material conductor del calor,
estando dispuesto en la superficie interior (13) de cada una de
dichas cámaras de evaporación un respectivo velo (15) que queda
impregnado con un líquido, y siendo dichas cámaras de evaporación
adecuadas para ser a través de sus superficies exteriores (12)
puestas en contacto con un material a refrigerar, y en
correspondencia con la cantidad de cámaras de evaporación (10) una
pluralidad de cámaras de condensación (20) que son abiertas
unilateralmente y están dispuestas unas junto a otras y están
provistas de paredes delimitadoras (21) hechas a partir de material
conductor del calor, siendo dichas cámaras de condensación adecuadas
para a través de sus superficies exteriores (22) evacuar calor al
entorno, estando en cada caso una cámara de evaporación (10) y una
cámara de condensación (20) en conexión a través de sus lados
abiertos de forma tal que entre la cámara de evaporación (10) y la
cámara de condensación (20) queda formada una zona espacial (3)
parcialmente evacuada y cerrada con estanqueidad a los gases, de
forma tal que, en funcionamiento, el líquido que está contenido en
el velo (15) de una cámara de evaporación (10) se evapora en la zona
espacial (3), se condensa en la superficie interior (23) de la
correspondiente cámara de condensación (20) y es de nuevo aportado
al velo (15), estando las paredes delimitadoras (11) de las cámaras
de evaporación (10) y las paredes delimitadoras (21) de las cámaras
de condensación (20) aisladas térmica y eléctricamente unas de otras
mediante adecuados elementos de plástico (5).
2. Dispositivo refrigerador según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en las
superficies interiores (23) de las cámaras de condensación (20)
están dispuestas sendas gasas (25).
3. Dispositivo refrigerador según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que las
paredes delimitadoras (11, 21) de las cámaras de evaporación (10) y
de las cámaras de condensación (20) están formadas por sendos
perfiles extrusionados (16, 26).
4. Dispositivo refrigerador según la
reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que el perfil
(16, 26) está configurado de forma tal que las cámaras de
evaporación (10) y las cámaras de condensación (20) tienen en
sección transversal respectivamente forma de U con almas de unión
(14, 24) situadas entre las mismas.
5. Dispositivo refrigerador según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que las zonas espaciales (3) están cerradas en sus lados con
estanqueidad a los gases con sendos elementos de cierre (7).
6. Dispositivo refrigerador según la
reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que los
elementos de cierre (7) están hechos de poliuretano.
7. Dispositivo refrigerador según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que los elementos de plástico (5) están configurados como regletas
de estanqueidad que quedan dispuestas entre los perfiles (16,
26).
8. Dispositivo refrigerador según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que el líquido es alcohol o agua destilada.
9. Dispositivo refrigerador según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que las superficies exteriores (22) de las cámaras de condensación
(20) tienen incrementada su extensión superficial.
10. Dispositivo refrigerador según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que cada cámara de condensación (20) está dispuesta encima de la
correspondiente cámara de evaporación (10).
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