ES2357010T3 - Procedimiento de enfriamiento. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para enfriar una torreta de radar de infrarrojos para observación (10), que comprende: hacer fluir un refrigerante saturado (46) a través de una pluralidad de conductos (50, 52) de un elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10) a la vez que el refrigerante (46) se mantiene a una presión sustancialmente constante, recibiendo el elemento óptico (12) radiación infrarroja a través de una ventana (16) y redirigiendo y/o enfocando la energía infrarroja a un punto deseado y evaporar al menos una parte del refrigerante (46) a una temperatura sustancialmente constante por todos los conductos (50, 52) del elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10), la pluralidad de conductos (50, 52) extendidos por el elemento óptico para proporcionar una distribución de temperatura uniforme en todo el elemento óptico (12), comprendiendo además hacer circular el refrigerante (46) en un circuito (a-b-c-d-h-i-j-e-f) que incluye los conductos (50, 52), comprendiendo además enfriar el refrigerante (46) antes de hacer fluir el refrigerante (46) a través de los conductos (50, 52), en el que el enfriamiento del refrigerante (46) comprende enfriar el refrigerante (46) por medio de un intercambiador de calor (144) del circuito (a-b-c-d-h-i-j-ef), comprendiendo el procedimiento redirigir el refrigerante (46) para que fluya en un segundo circuito (ab-g-i-j-e-f) que no incluye el intercambiador de calor (144) al alcanzar el refrigerante (46) una temperatura determinada.
Description
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere, en general, a la
transferencia de calor y, más en particular, a un
procedimiento y a un sistema de enfriamiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En muchas aplicaciones es necesario enfriar
determinadas estructuras. En aplicaciones específicas, se
desea enfriar una estructura a una temperatura
sustancialmente uniforme y relativamente baja. Un ejemplo de
una aplicación de este tipo es el enfriamiento de los
elementos ópticos de una torreta de radar de infrarrojos
para observación (FLIR). Con frecuencia, dichos dispositivos
se mantienen a temperaturas relativamente altas hasta que se
van a usar, debido al entorno ambiental. No obstante, con
frecuencia es aconsejable enfriar estos elementos ópticos a
una temperatura de aproximadamente -50ºC durante el
funcionamiento. Además, es aconsejable que dicha temperatura
sea relativamente uniforme en todos los elementos ópticos
para evitar la deformación del elemento y cualquier
degradación asociada en el rendimiento óptico del elemento
óptico. También puede ser necesario enfriar otros
dispositivos estructurales a una temperatura relativamente
baja y uniforme, tales como dispositivos electrónicos.
Soluciones convencionales para enfriar elementos de una
torreta de FLIR implicaban soplar aire sobre el elemento
óptico o a través de conductos del interior del elemento
óptico. Esta solución puede ser útil en algunos casos, no
obstante, cuando la temperatura deseada a la que se va a
enfriar el elemento óptico sea inferior a la del aire
ambiente, una solución de este tipo no será satisfactoria.
Además, puede tener como resultado distribuciones de
temperatura no uniformes, dado que el elemento óptico
calienta parcialmente el aire que se está echando sobre el
mismo.
Ejemplos de técnicas para enfriar una estructura
generadora de calor se pueden encontrar en el documento
EP1380799, en las que un tubo que se extiende a través de
una aleta generadora de calor lleva un refrigerante a una
presión subambiental. En el documento US2003/188538 se
describe el paso de un refrigerante líquido a través de un
dispositivo de transferencia de calor acoplado térmicamente
a un módulo generador de calor.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
Según una realización de la invención, un procedimiento
para enfriar una estructura incluye hacer fluir un
refrigerante a través de una pluralidad de conductos de un
elemento óptico de una torreta de radar de infrarrojos para
observación, a la vez que el refrigerante se mantiene a una
presión sustancialmente constante. El procedimiento también
incluye evaporar al menos una parte del refrigerante a una
temperatura sustancialmente constante en todos los conductos
del elemento óptico de la torreta de radar de infrarrojos
para observación, proporcionando la pluralidad de conductos
una distribución de temperatura uniforme en el elemento
óptico.
Las realizaciones de la invención proporcionan
numerosas ventajas técnicas. Algunas realizaciones pueden
beneficiarse de alguna, de ninguna o de todas estas
ventajas. Por ejemplo, según una realización, se proporciona
un sistema de enfriamiento que permite enfriar,
relativamente rápido, una estructura a una temperatura muy
baja. Se puede lograr una distribución de temperatura
sustancialmente uniforme en la estructura. Además, dicho
enfriamiento puede tener lugar sin el uso de complicadas
tuberías de alta presión. En algunas realizaciones, el
enfriamiento se puede producir sin el uso de caros sistemas
de enfriamiento de ciclo de vapor. Además, dichos sistemas
de enfriamiento pueden ser más económicos que los sistemas
de enfriamiento de ciclo de vapor convencionales. Además, en
una realización el enfriamiento se puede lograr de un modo
relativamente eficaz para una condición de carga temporal,
dado que la cantidad de calor eliminado por este sistema
puede variar mediante el control apropiado de un
intercambiador de calor termoeléctrico asociado. Las
ventajas que se han descrito anteriormente se pueden logar
también mediante el uso de tuberías de líquido y caudales de
flujo relativamente pequeños.
Otras ventajas pueden resultar fácilmente evidentes
para un experto en la materia.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación, se hace referencia a la descripción
siguiente tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que
números de referencia similares representan piezas
similares, en los que:
la fig. 1 es un diagrama esquemático que ilustra una torreta
de FLIR que tiene un elemento óptico que se va a
enfriar según las enseñanzas de la invención;
la fig. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un ciclo de
enfriamiento de ejemplo correspondiente al sistema
de la fig. 1 que no pertenece a la invención;
la fig. 3 es un diagrama esquemático de un intercambiador de
calor termoeléctrico de ejemplo del intercambiador
de calor de la fig. 2;
la fig. 4 es un diagrama de bloques que ilustra una
pluralidad de conductos de un elemento óptico del
sistema de la fig. 1 y
la fig. 5 es un diagrama de bloques que ilustra otro ciclo
de enfriamiento de ejemplo, correspondiente al
sistema de la fig. 1, según las enseñanzas de la
invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES DE EJEMPLO DE LA
INVENCIÓN
La invención se explica haciendo referencia a las figs.
1 a 5 de los dibujos, en los que se usan números similares
para piezas correspondientes y similares de los distintos
dibujos.
La fig. 1 ilustra una torreta de radar de infrarrojos
para observación (FLIR) 10. La torreta de FLIR 10 incluye
una pluralidad de elementos ópticos 12 y 14 para recibir
radiación infrarroja a través de una ventana 16 y redirigir
y/o enfocar la energía infrarroja a un punto deseado. La
torreta de FLIR 10 se ilustra con dos elementos ópticos 12 y
14, no obstante, se puede usar cualquier cantidad adecuada
de elementos ópticos. Además, si bien las enseñanzas de la
invención se describen en el contexto de un sistema de
enfriamiento para una torreta de FLIR 10, según las
enseñanzas de la invención se puede enfriar adecuadamente
cualquier estructura que se desee enfriar.
Como se ha descrito anteriormente, se ha determinado
que puede ser aconsejable enfriar elementos ópticos 12 y 14
a temperaturas muy bajas, tales como -50ºC, durante el uso.
Convencionalmente, una torreta de FLIR 10, en uso, estaría
colgada del lateral inferior de un avión. Los elementos
ópticos 12 y 14 se enfrían a esta temperatura tras haber
estado almacenados a temperaturas de hasta 70ºC. Esta alta
temperatura con frecuencia se logra almacenando la torreta
de FLIR 10 en un entorno ambiental caliente. En algunas
aplicaciones es importante que los elementos ópticos 12 y 14
se enfríen uniformemente de tal manera que dichos elementos
no se deformen, lo que podría afectar al funcionamiento de
la torreta de FLIR 10.
El hecho de que cuelguen de un avión que vuela a una
altitud elevada y que estén expuestos a aire ambiente da la
oportunidad de enfriar los elementos ópticos 12 y 14
mediante su exposición al aire ambiente, no obstante, el
aire ambiente a altitudes de vuelo típicas no es lo
suficientemente frío como para enfriar los elementos ópticos
12 y 14 a la temperatura deseada. Además, las enseñanzas de
la invención reconocen que el uso de fluido circulante en un
ciclo de vapor que contacta con los elementos ópticos 12 y
14 puede no ser una solución adecuada. Esto se debe a una
serie de motivos. En primer lugar, muchos fluidos típicos
se congelarían a una temperatura tan baja. Además, serían
necesarios grandes caudales de flujo para hacer bajar la
temperatura de los elementos ópticos 12 y 14 a -50ºC
rápidamente. Además, debido a su ubicación, colgado de la
parte inferior de un avión, sería necesaria una trayectoria
de flujo complicada, que incluyera largas tuberías que
deberían estar aisladas. Además, debido al deseo de enfriar
los elementos ópticos 12 y 14 uniformemente, de tal manera
que no surjan gradientes de temperatura considerables, el
uso de líquido que contacta partes de los elementos ópticos
12 y 14 probablemente no sería adecuado, dado que el fluido
no enfriaría los elementos ópticos 12 y 14 uniformemente.
Este es el caso, dado que cuando el fluido contacta los
elementos ópticos se calienta, enfriando, de ese modo, en un
menor grado las últimas partes contactadas que las primeras
partes contactadas. Además, los sistemas de ciclo de vapor
enfrían continuamente, pero en la aplicación que se ha
descrito anteriormente, la carga térmica es temporal. Una
vez que los elementos ópticos 12 y 14 se han enfriado a una
temperatura deseada, se necesitan cantidades de entrada de
energía mucho más reducidas para mantenerlos a la
temperatura deseada. Por lo tanto, un sistema de ciclo de
vapor, que está diseñado para dispersar una cantidad
constante de calor, no funcionaría bien. No obstante, en
este caso cabría destacar que, si bien los motivos que se
han descrito anteriormente para usar un sistema de
enfriamiento según las enseñanzas de la invención son
aplicables al contexto de la fig. 1, el sistema de
enfriamiento según las enseñanzas de la invención también
puede ser útil en casos en los que no son aplicables estos
motivos.
Por lo tanto, se proporciona un refrigerante saturado
en el interior de conductos de los elementos ópticos 12 y 14
y hierve cuando se transfiere calor de los elementos ópticos
12 y 14 al refrigerante saturado. (Conductos de ejemplo se
ilustran en la fig. 4). En un ejemplo, se extrae el calor
del refrigerante evaporado por medio de un intercambiador de
calor que intercambia calor con la temperatura del aire
ambiente. En el contexto específico de la fig. 1, aire
dinámico, que es aire ambiente capturado en la corriente de
aire del exterior de un avión, que puede tener una
temperatura muy baja, aproximadamente de -20ºC, proporciona
un buen entorno para dispersar calor. No obstante, debido al
deseo de enfriar los elementos ópticos 12 y 14 a,
aproximadamente, -50ºC, en una realización se utiliza un
intercambiador de calor activo. Dicho intercambiador de
calor activo puede tener forma de un intercambiador de calor
de ciclo de vapor convencional o, alternativamente, puede
incorporar elementos termoeléctricos. Los elementos
termoeléctricos son dispositivos muy conocidos que
transforman una corriente eléctrica en una diferencia de
temperatura debido a las características eléctricas del
material según el efecto Seebeck. Hirviendo un refrigerante
saturado del interior de los conductos de los elementos
ópticos 12 y 14, se puede obtener una distribución de
temperatura sustancialmente uniforme dado que un
refrigerante saturado se evapora a una temperatura
constante. Las enseñanzas de la invención reconocen que si
un refrigerante se mantiene a una presión constante mientras
fluye a través de los conductos de los elementos ópticos 12
y 14, la temperatura a la que se evapora el refrigerante se
mantendrá constante, dando como resultado una temperatura
sustancialmente uniforme sobre los elementos ópticos 12 y
14. Según se usa en este documento, una temperatura
sustancialmente uniforme en todos los elementos ópticos 12 y
14, o en el interior de los mismos, se refiere a la
distribución de temperatura a lo largo de la superficie de
contacto del refrigerante con los elementos ópticos 12 y 14,
sin embargo, reconoce que existirán algunos gradientes
térmicos en el grosor de los elementos ópticos 12 y 14 y
entre partes que no están en contacto con los conductos.
Si bien se puede usar cualquier refrigerante adecuado,
un refrigerante especialmente adecuado puede ser R404A. En
general, los mejores refrigerantes son los que se usan
convencionalmente a bajas temperaturas y a bajas presiones.
Una cuestión adicional es la magnitud del calor latente de
evaporación. El R404A, si bien tiene un calor latente de
evaporación menor que el agua y que el etilenglicol,
proporciona un calor latente de evaporación relativamente
alto.
Un ejemplo especialmente adecuado supone el uso de
dispositivos termoeléctricos para que el intercambiador de
calor condense el refrigerante que se evapora mientras está
en los conductos de los elementos ópticos 12 y 14. El uso de
dispositivos termoeléctricos es probablemente más económico
que un intercambiador de calor de ciclo de vapor debido, al
menos en parte, al gasto de fabricar un intercambiador de
ciclo de vapor que sea tanto ligero como apto para el vuelo,
así como las tuberías de alta presión y baja temperatura que
serían necesarias para un intercambiador de calor de ciclo
de vapor. Por el contrario, los dispositivos termoeléctricos
pueden funcionar fácilmente a bajas presiones. Además, los
dispositivos termoeléctricos son especialmente adecuados
para entornos temporales, tales como los del entorno de la
fig. 1, en los que los elementos ópticos 12 y 14 se enfrían
de una temperatura original alta a una temperatura de
funcionamiento muy baja. En este punto, la cantidad de
energía que se debe extraer es bastante menos que la
cantidad de energía extraída cuando los elementos ópticos 12
y 14 están a una temperatura mucho más alta. En tal caso, la
potencia de los dispositivos termoeléctricos y, por lo
tanto, la cantidad de calor extraída por medio del
intercambiador de calor, se puede controlar disminuyendo la
corriente para mantener los elementos ópticos 12 y 14 a una
temperatura constante. El uso de dispositivos
termoeléctricos, como un intercambiador de calor de
condensación, contradice la idea convencional debido a los
menores costes asociados al uso de tecnología desarrollada
de ciclo de vapor y a las grandes cantidades de potencia que
necesitan los dispositivos termoeléctricos. Además, es
probable que los intercambiadores de calor de ciclo de vapor
sean más eficaces.
Haciendo referencia a las figs. 2 y 4 se describen
detalles adicionales del ejemplo que se ha descrito
anteriormente.
La fig. 2 es un diagrama de bloques de un sistema 20
que incluye una estructura que se va a enfriar 22, un
intercambiador de calor 24, un acumulador 26 y una bomba 28.
Estos elementos están dispuestos en un circuito 30 en el que
circula refrigerante. Asimismo, se ilustra un controlador 32
y una fuente de vacío 34 para cargar inicialmente el sistema
20. En la fig. 2, también se ilustran los gráficos 36 y 38.
El gráfico 36 es una distribución de temperatura resultante
de ejemplo de la estructura 22 cuando se enfría por medio
del sistema 20. El gráfico 28 es un ejemplo de la
temperatura del aire de enfriamiento 41 a la que se elimina
calor por medio del intercambiador de calor 24. En este
ejemplo, el aire de enfriamiento enfría de 55ºC a -22ºC, lo
que representa una temperatura asumida frente al gráfico de
tiempo correspondiente al aire dinámico del exterior de un
avión, entre el tiempo en que está en la pista y el tiempo
en que ha alcanzado una altitud de crucero.
La bomba 28 eleva la presión de un refrigerante líquido
cuando éste se acerca a la estructura 22. Este aumento de
presión se proporciona de tal manera que una pluralidad de
orificios (no se muestran explícitamente) se pueden usar
para repartir el flujo a uno o más conductos y a uno o más
elementos ópticos, tales como los elementos ópticos 12 y 14.
Nuevamente, cabe destacar que la invención se describe en el
contexto de los elementos ópticos de la fig. 1, no obstante,
este sistema de enfriamiento 20 se puede aplicar a cualquier
estructura que se desee enfriar, independientemente de si
tiene elementos ópticos o no. Dado que normalmente se
produce una caída de presión a través de dichos orificios,
la bomba 28 aumenta la presión para compensar dicha caída de
presión. En un ejemplo, los orificios se alimentan por medio
de una cámara de sobrepresión y el refrigerante líquido se
proporciona a través de uno o más conductos de la estructura
22. En la fig. 4, en el ejemplo de los elementos ópticos 14
y 16, se ilustra un ejemplo de conductos. En ese ejemplo
específico, el refrigerante líquido entra en contacto
directo con la estructura que se va a enfriar, no obstante,
en otros contextos, el refrigerante líquido puede entrar
sólo en contacto térmico con la estructura que se va a
enfriar.
La energía contenida en la estructura 22 hace que el
refrigerante líquido, que se mantiene a la presión y
temperatura de saturación del refrigerante, hierva, lo que
tiene como resultado una transferencia de calor considerable
de la estructura 22 al refrigerante. Esto tiene como
resultado que la estructura 22 se enfríe rápidamente. Si el
refrigerante se selecciona adecuadamente, existe un gran
calor latente de evaporación, lo que tiene como resultado
una transferencia de calor considerable. Como se ha descrito
anteriormente, según una realización, el refrigerante es
R404A, no obstante, el principio general relativo a los
refrigerantes adecuados para el sistema 20 es que sean
refrigerantes de baja temperatura y baja presión. El uso de
orificios permite repartir el flujo de refrigerante tanto a
una pluralidad de elementos ópticos como a una pluralidad de
conductos del interior de cualquier elemento óptico
determinado.
Dado que el refrigerante se mantiene a su presión de
saturación, gran parte hierve cuando pasa a través de la
estructura 22. No obstante, parte del refrigerante sigue en
forma líquida, lo que es aconsejable para garantizar que el
vapor no se sobrecalienta. El sobrecalentamiento del vapor
tendría como resultado un aumento de la temperatura del
vapor. Por lo general, es aconsejable mantener el
refrigerante a una temperatura constante, de tal manera que
el enfriamiento de la estructura 22 se produce a una
temperatura constante. Esto tiene como resultado una
distribución de temperatura sustancialmente uniforme por
toda la estructura 22. Como se ha descrito anteriormente en
el contexto de la fig. 1, es aconsejable una temperatura
sustancialmente uniforme para evitar la deformación de los
elementos ópticos 12 y 14. Por lo tanto, se debería evitar
el sobrecalentamiento del vapor.
A través de un circuito 30 se proporciona al
intercambiador de calor 24 una mezcla resultante de
refrigerante vapor y líquido. El intercambiador de calor 24
condensa el vapor y enfría el líquido. La condensación del
refrigerante vapor forma la mayor parte del intercambio de
calor. El intercambiador de calor 24 también recibe aire de
enfriamiento 41 del entorno ambiental, que en un ejemplo, es
aire dinámico a -22ºC. El intercambiador de calor 24 puede
ser un intercambiador de calor pasivo o un intercambiador de
calor activo. En el caso de un intercambiador de calor
activo, el intercambiador de calor puede ser un
intercambiador de calor termoeléctrico, un intercambiador de
calor de ciclo de vapor u otro intercambiador de calor
adecuado. En el caso en que el intercambiador de calor 24 es
un intercambiador de calor activo, el aire de enfriamiento
41 puede estar a una temperatura mayor que la temperatura a
la que se enfría la estructura 22.
En el ejemplo en el que el intercambiador de calor 24
es un intercambiador de calor termoeléctrico, se puede
proporcionar un controlador 40. El controlador 40 controla
la corriente suministrada a los elementos termoeléctricos
del interior del intercambiador 24, de tal manera que el
refrigerante 30 se mantiene a la temperatura adecuada.
Cuando la estructura 22 empieza a enfriarse se necesita
intercambiar cada vez menos calor y se puede reducir la
cantidad de potencia suministrada a los elementos
termoeléctricos. Como se ha descrito anteriormente, dado que
las cargas térmicas en un entorno de este tipo son
temporales, un intercambiador de calor termoeléctrico es
especialmente apropiado para esta aplicación.
El líquido condensado pasa al acumulador 26 que separa
cualquier refrigerante vapor del refrigerante líquido. A
continuación, la bomba 28 bombea el refrigerante líquido a
la estructura 22, como se ha descrito anteriormente.
El controlador 32 y la fuente de vacío 34 se usan para
garantizar que hay tanto líquido como vapor en el circuito
30 que, a su vez, garantiza que el refrigerante está a su
temperatura y presión de saturación. El controlador 32 y la
fuente de vacío 34 funcionan principalmente previa
inicialización del sistema 20. Con la mayoría de
refrigerantes dicha inicialización puede adoptar al menos
dos formas. En una, el sistema 20 está completamente lleno
de refrigerante líquido antes de que se succione algo de
líquido. La otra solución supone vaciar el sistema 20 antes
de introducir algo de líquido en el mismo.
La fig. 3 es un diagrama esquemático de un
intercambiador de calor termoeléctrico de ejemplo. En este
ejemplo, el intercambiador de calor 24 incluye una
pluralidad de capas 42 de elementos termoeléctricos 44. En
un ejemplo, se utilizan cuatro capas de dieciséis elementos
cada una, no obstante, se puede usar cualquier cantidad y
combinación de elementos termoeléctricos 44 que se desee
para la aplicación específica. Los elementos termoeléctricos
44 tienen un lateral caliente 48 y un lateral frío 50. El
aire dinámico 41 fluye a lo largo del lateral caliente 48 y
el refrigerante saturado 46, en forma principalmente de
vapor, fluye a lo largo del lateral frío 50. Posteriormente,
el refrigerante 46 se condensa y se elimina el calor al
flujo de aire 41.
El uso de un elemento termoeléctrico 44 aumenta aún más
el grado de caída de temperatura entre el lateral caliente y
el lateral frío y permite la eliminación de más calor de la
que sería posible usando una placa fría normal. En
particular, el uso de un dispositivo termoeléctrico permite
la eliminación de calor a una temperatura que es mayor que
el calor al que se enfría la estructura 22. El lateral
caliente 48 de los elementos termoeléctricos 44 puede estar
provisto de material para aletas o aletas moldeadas para
proporcionar mayor transferencia de calor. Se puede diseñar
una altura y una separación apropiada para un uso específico
y en función de los caudales de flujo del aire disponible
41. El lateral frío 50 también puede estar provisto de
aletas para separar las capas superiores e inferiores para
proporcionar áreas de flujo abiertas. Como se ha descrito
anteriormente, el lateral frío extrae calor del refrigerante
46 y lo elimina al lateral caliente 48 del elemento
termoeléctrico 44.
La fig. 4 es un diagrama esquemático de un ejemplo de
una pluralidad de conductos formados en el elemento óptico
12 de la fig. 1. Se ilustran los conductos 50 y 52. El
conducto 50 tiene una salida 54 y una entrada 56 para
permitir el flujo de refrigerante a través del conducto 50.
El conducto 52 tiene una salida 58 y una entrada 60 para
permitir el flujo de refrigerante a través del conducto 54.
Si bien se ilustra un ejemplo de conductos, se puede
utilizar cualquier conducto adecuado que tenga como
resultado una distribución de temperatura suficientemente
uniforme para el uso deseado. Proporcionando una pluralidad
de conductos tal, se puede lograr una distribución de
temperatura relativamente uniforme para los componentes de
la estructura 22 y permitir el enfriamiento de la estructura
22 a una temperatura deseada.
La fig. 5 es un diagrama de bloques que ilustra el
sistema de enfriamiento 120 según las enseñanzas de la
invención. El sistema 120 incluye muchos de los mismos
elementos del sistema 20 y se ilustran con números de
referencia similares correspondientes. Además de los
elementos que se ilustran tanto en la fig. 2 como en la 5,
el sistema 120 incluye un intercambiador de calor 144, una
válvula de tres vías 148 y una segunda válvula de tres vías
150. El intercambiador de calor 144 puede estar rodeado de
una capa de aislamiento 146.
Según la invención, se proporcionan tres circuitos de
enfriamiento. Un circuito de preenfriamiento es el circuito
que conecta los puntos a-b-c-d-e-f; un circuito de refuerzo
es el circuito que conecta los puntos a-b-c-d-h-i-j-e-f y un
circuito de baja temperatura es el nodo que conecta los
puntos a-b-g-i-j-e-f. Inicialmente, el circuito de
preenfriamiento pasa el refrigerante frío del intercambiador
de calor 124, a través del acumulador 126 y a través de la
bomba 128, a la válvula de tres vías 148. La válvula de tres
vías 148 está posicionada para desviar el flujo al sistema
de intercambio de calor 142 y hasta el intercambiador de
calor 144. El intercambiador de calor 144 intercambia calor
entre un material de cambio de fase y el refrigerante del
circuito 130. El refrigerante enfriado enfría, solidifica y
subenfría el material de cambio de fase a una baja
temperatura. Un ejemplo de un material de cambio de fase
adecuado es una parafina. El material de cambio de fase se
puede adaptar para que se funda a una temperatura
preestablecida. A continuación, el refrigerante pasa a la
válvula de tres vías 150 y vuelve al intercambiador de calor
124 a través de los puntos e y f.
Previa orden de un controlador, la válvula de tres vías
150 desvía el flujo del refrigerante a la estructura 122,
proporcionando capacidad de enfriamiento inmediato a la masa
del sistema. A continuación, el refrigerante pasa desde la
estructura 122 y vuelve al intercambiador 124 a través de
los puntos e y f. Este circuito de enfriamiento se conoce
como el circuito de refuerzo.
Un detector puede identificar el punto en el que el
circuito de refuerzo alcanza la mínima temperatura y usar la
válvula de tres vías 148 para desviar el flujo de
refrigerante del punto c al punto g, donde pasa directamente
a la masa del sistema para enfriamiento a las temperaturas
más bajas. A continuación, el flujo pasa, a través de la
estructura 122 al punto j y al intercambiador de calor 124,
a través de los puntos 3 y f, esto se conoce como el
circuito de baja de temperatura.
Usando un circuito de refuerzo, el sistema de
enfriamiento 120 permite preenfriar una masa térmica
asociada al intercambiador de calor 144, que, a su vez,
permite un enfriamiento más rápido de la estructura 122 del
que se produciría sin el preenfriamiento. Esto proporciona
la capacidad de usar períodos de tiempo en los que el
intercambiador de calor 124 podría no funcionar (tales como
cuando un avión asociado está en la pista, en el ejemplo de
la fig. 1) para, a pesar de todo, empezar el proceso de
enfriamiento, alcanzando la temperatura deseada de la
estructura 122 antes de lo que se alcanzaría.
Si bien la presente invención y sus ventajas se han
descrito detalladamente, se debería entender que se pueden
realizar distintos cambios, sustituciones y alteraciones en
la misma sin apartarse del alcance de la invención según se
define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Un procedimiento para enfriar una torreta de radar de
infrarrojos para observación (10), que comprende:
hacer fluir un refrigerante saturado (46) a través de
una pluralidad de conductos (50, 52) de un elemento óptico
- (12)
- de la torreta de radar de infrarrojos para observación
- (10)
- a la vez que el refrigerante (46) se mantiene a una presión sustancialmente constante, recibiendo el elemento óptico (12) radiación infrarroja a través de una ventana
- (16)
- y redirigiendo y/o enfocando la energía infrarroja a un punto deseado y
evaporar al menos una parte del refrigerante (46) a una
temperatura sustancialmente constante por todos los
conductos (50, 52) del elemento óptico (12) de la torreta de
radar de infrarrojos para observación (10), la pluralidad de
conductos (50, 52) extendidos por el elemento óptico para
proporcionar una distribución de temperatura uniforme en
todo el elemento óptico (12),
comprendiendo además hacer circular el refrigerante
(46) en un circuito (a-b-c-d-h-i-j-e-f) que incluye los
conductos (50, 52),
comprendiendo además enfriar el refrigerante (46) antes
de hacer fluir el refrigerante (46) a través de los
conductos (50, 52),
en el que el enfriamiento del refrigerante (46)
comprende enfriar el refrigerante (46) por medio de un
intercambiador de calor (144) del circuito (a-b-c-d-h-i-j-ef),
comprendiendo el procedimiento redirigir el
refrigerante (46) para que fluya en un segundo circuito (ab-g-i-j-e-f) que no incluye el intercambiador de calor (144)
al alcanzar el refrigerante (46) una temperatura
determinada.
- 2.
- El procedimiento de la reivindicación 1 y que comprende además condensar el refrigerante evaporado (46) en el
intercambiador de calor (24, 124, 144).
- 3.
- El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el intercambiador de calor (24, 124, 144) comprende al menos un elemento termoeléctrico (44).
- 4.
- El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el al menos un elemento termoeléctrico (44) comprende un lateral caliente (48) y un lateral frío (50) en el que el refrigerante evaporado (46) que fluye en el lateral frío
(50) se condensa y se elimina calor a un flujo de aire que
fluye en el lateral caliente (48).
- 5.
- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el refrigerante (46) se mantiene a su presión y temperatura de saturación.
- 6.
- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que hacer fluir un refrigerante (46) comprende hacer fluir R404A.
- 7.
- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10) comprende un sistema de circuitos electrónicos.
- 8.
- El procedimiento de la reivindicación 2 o de cualquier reivindicación dependiente directa o indirectamente de la reivindicación 2, en el que el intercambiador de calor (24, 124, 144) comprende un intercambiador de calor de ciclo de vapor.
- 9.
- El procedimiento de la reivindicación 3 y que comprende además controlar la potencia suministrada al menos un elemento termoeléctrico (44) para mantener el elemento óptico (12) de la torreta de radar de infrarrojos para observación (10) a una temperatura deseada.
- 10.
- El procedimiento de la reivindicación 9 y que comprende además dispersar calor por medio del intercambiador de calor (24, 124, 144) a un entorno que tiene una temperatura mayor que la temperatura deseada.
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