ES2345197T3 - Un procedimiento para enfriar componentes electronicos en un vehiculo volante sin piloto, y dispositivo para llevar a cabo el procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para enfriar los componentes electrónicos de una unidad de control en un vehículo volante sin piloto, caracterizado porque comprende las etapas de: - medir la temperatura de los componentes (8) electrónicos, y - pulverizar un medio líquido de enfriamiento almacenado a presión en un contenedor (12), directamente sobre los citados componentes electrónicos cuando la temperatura de los mismos exceda de un nivel predeterminado, en el que dicho medio líquido de enfriamiento tiene una temperatura de ebullición cercana al citado nivel de temperatura predeterminado, para extraer energía calorífica desde los componentes (8) electrónicos por evaporación de dicho medio de enfriamiento.
Description
Un procedimiento para enfriar componentes
electrónicos en un vehículo volante sin piloto, y dispositivo para
llevar a cabo el procedimiento.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para enfriar los componentes electrónicos de una
unidad de control en un vehículo volante sin piloto, así como a un
dispositivo para llevar a cabo tal procedimiento.
Un vehículo volante sin piloto de ese tipo, que
tiene unidades de control con componentes electrónicos para el
control del comportamiento del vehículo, son típicamente los misiles
de alta velocidad, tal como las misiles aire-aire,
especialmente misiles de autoguiado que necesitan una unidad de
control para encontrar un objetivo. La "unidad de control"
puede consistir en este caso también en sensores y en otro tipo de
equipamiento de dicho vehículo que tenga componentes
electrónicos.
La invención es particularmente aplicable a
vehículos de alta velocidad, puesto que el problema de refrigeración
es más acentuado en tales vehículos. Sin embargo, la invención no
está limitada a los mismos. Tales vehículos volantes de alta
velocidad, tal como los misiles aire-aire de alta
velocidad, se calientan sustancialmente durante el vuelo de los
mismos por la resistencia aerodinámica. Este calentamiento se
combina con una generación de calor por parte de los propios
componentes electrónicos, de modo que estos componentes podrían
llegar rápidamente, en ausencia de medidas de enfriamiento, a
temperaturas que excedan las temperaturas de operación aceptables
de estos componentes. Además, existe un continuo propósito de
miniaturización de tales unidades de control y de los componentes
electrónicos de las mismas para cada nueva generación de tal
equipamiento, y el consumo de potencia de los mismos se incrementa
continuamente. Esto hace que sea muy importante estar capacitados
para enfriar eficazmente estos componentes electrónicos,
especialmente debido a que existe un deseo de utilizar los
denominados componentes templados industriales que son mucho menos
costosos que los denominados componentes militares, pero que tienen
una resistencia a la temperatura más baja.
Se conocen procedimientos de enfriamiento, tanto
activos como pasivos.
Un procedimiento pasivo se conoce a través del
documento US 2003/0047103 A1, en el que se utiliza un sumidero de
calor para drenar el calor procedente de los componentes
electrónicos.
Se conocen también procedimientos activos que
utilizan enfriamiento por circulación de un gas.
Una desventaja de estos procedimientos conocidos
consiste en que los mismos requieren una superficie o masa fría
para su funcionamiento. Esto hace que sea imposible utilizarlos en
los misiles de alta velocidad que se construyen en la actualidad,
puesto que los mismos no disponen de ninguna superficie o masa fría
a efectos de enfriamiento.
El documento US 5 184 470 representa un
refrigerador endotérmico, que se utiliza para refrigerar o enfriar
componentes electrónicos y otros dispositivos. Específicamente, el
enfriamiento se alcanza mediante mezcla endotérmica de ciertas
composiciones de materia, tal como sales, en un solvente que produce
soluciones relativamente frías. La solución fría proporciona la
necesaria reducción de temperatura requerida para transferir calor,
con lo que se consigue el enfriamiento del dispositivo
electrónico.
\vskip1.000000\baselineskip
El objeto de la presente invención consiste en
proporcionar un procedimiento y un dispositivo para enfriar los
componentes electrónicos de una unidad de control en un vehículo
volante sin piloto, con los que tal enfriamiento pueda ser
conseguido eficazmente también en esos nuevos tipos de misiles, así
como también en otros vehículos volantes sin piloto mencionados en
la introducción.
Este objeto se ha alcanzado, de acuerdo con la
invención, mediante la provisión de un dispositivo equipado con un
contenedor que contiene un medio líquido de enfriamiento, medios
adaptados para detectar la temperatura de dichos componentes
electrónicos durante el vuelo de dicho vehículo, y medios adaptados
para ser controlados por los citados medios de detección de
temperatura para pulverizar dicho medio líquido de enfriamiento
directamente sobre los citados componentes electrónicos cuando la
temperatura exceda de un nivel predeterminado, así como también un
procedimiento de acuerdo con la reivindicación independiente de
procedimiento anexa.
Pulverizando dicho medio líquido de enfriamiento
sobre el componente electrónico solamente cuando esto sea
necesario, es decir cuando la temperatura del mismo alcance un
cierto nivel, se puede conseguir un enfriamiento muy eficaz sin
necesidad de disponer de ninguna superficie fría. El medio de
enfriamiento utilizado no tiene que ser reciclado y puede ser
considerado como residuo.
Esta solución da como resultado un bajo volumen
y un bajo peso para tal dispositivo. Se puede obtener un efecto de
alto enfriamiento en un tiempo muy corto, y se puede asegurar que
cargas de potencia más elevadas puedan ser extraídas o al menos
reducidas. También resulta ventajoso que el dispositivo de
enfriamiento esté, de esta manera, integrado con los componentes
electrónicos.
Se debe puntualizar que "detectar la
temperatura" y "cuando la temperatura de los mismos exceda un
nivel predeterminado", deben ser interpretados en sentido
amplio, y que la temperatura de los componentes electrónicos puede
ser detectada de forma indirecta, por ejemplo detectando la
temperatura de una placa de circuito o similar sobre la que estén
dispuestos los componentes, o incluso midiendo cualquier tipo de
disipación o de consumo de potencia, lo que se sabe que tiene una
cierta relación con la temperatura de los componentes electrónicos.
Esto significa también que dicho nivel de temperatura
predeterminado puede ser determinado de la misma manera
indirecta.
El uso de esta técnica de enfriamiento, es
decir, enfriar mediante pulverización de un medio líquido de
enfriamiento sobre los componentes electrónicos, ha sido
considerado hasta ahora imposible para este tipo de vehículos
volantes, puesto que una pulverización continua requiere superficies
de enfriamiento para enfriar el líquido calentado y posiblemente
evaporado, para reciclaje del mismo. Esto no es posible de obtener
para misiles de aire-aire, especialmente los de la
generación actual. De ese modo, la presente invención permite la
utilización de este procedimiento favorable que anteriormente se
consideraba que no era una opción al pulverizar el medio líquido de
enfriamiento solamente cuando es necesario y directamente sobre los
componentes electrónicos.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, dichos medios de pulverización están adaptados para
pulverizar el citado medio líquido de enfriamiento sobre los citados
componentes electrónicos mientras la temperatura de los mismos
exceda de dicho nivel predeterminado. Esto significa que se asegura
que los componentes electrónicos no resultarán dañados como
consecuencia de las altas temperaturas de los mismos, y que dicho
medio líquido de enfriamiento no será desperdiciado pulverizándolo
cuando no sea necesario, de modo que el contenedor con el medio
líquido de enfriamiento puede tener un bajo peso.
De acuerdo con otra realización de la invención,
el contenedor contiene un medio líquido de enfriamiento que tiene
una temperatura de ebullición próxima a dicho nivel de temperatura
predeterminado, para extraer energía calorífica de los componentes
electrónicos por evaporación de dicho medio de enfriamiento. Resulta
muy ventajoso elegir un medio de enfriamiento con esa temperatura
de ebullición, puesto que el enfriamiento, es decir, la extracción
de energía calorífica, será muy eficaz cuando el medio líquido de
enfriamiento se evapore al mismo tiempo que la temperatura del
mismo no se está ya elevando.
De acuerdo con otra realización de la invención,
dicho contenedor está adaptado para contener un medio líquido de
enfriamiento que tiene una temperatura de ebullición por encima de
dicho nivel de temperatura predeterminado, preferentemente
1ºC-5ºC por encima de dicho nivel de temperatura
predeterminado. Se ha encontrado que el enfriamiento será muy
eficiente si el medio líquido de enfriamiento pulverizado sobre los
componentes electrónicos se calienta ligeramente por encima de
dicho nivel de temperatura predeterminado y a continuación empieza a
evaporarse para enfriar los componentes.
De acuerdo con otra realización de la invención,
dichos componentes electrónicos son conocidos como componentes
templados industriales, y dichos medios de pulverización tienen un
nivel de temperatura predeterminado que está por debajo de 90ºC,
con preferencia por debajo de 70ºC, y con preferencia por encima de
60ºC. Se ha obtenido como resultado que es posible utilizar tales
componentes templados industriales como consecuencia de la eficacia
del procedimiento de enfriamiento de acuerdo con la invención. Esto
da como resultado un ahorro de costes considerable con respecto al
uso de los denominados componentes militares capacitados para
resistir temperaturas de hasta 120ºC o más.
De acuerdo con otra realización de la invención,
dicho contenedor está adaptado para contener un medio líquido de
enfriamiento citado que es dieléctrico. Esto resulta ventajoso y a
veces una necesidad, principalmente cuando no se puede evitar que
el medio de enfriamiento alcance las superficies de una placa de
circuito impreso y que en otro caso podría crear cortocircuitos
entre las pistas conductoras de la misma.
De acuerdo con otra realización de la invención,
el contenedor está adaptado para contener un medio líquido de
enfriamiento en forma de carbonato de flúor líquido, que ha
resultado ser favorable en cuanto a la capacidad de enfriamiento
así como respecto a la temperatura de ebullición.
De acuerdo con otra realización de la invención,
un contenedor como el citado está adaptado para contener un medio
líquido de enfriamiento a presión, que hace que sea posible
pulverizar eficazmente el medio de enfriamiento sobre los
componentes electrónicos, y especialmente atomizar dicho medio para
pulverizarlo de modo que forme una película del mismo finamente
distribuida sobre la parte superior de los citados componentes
electrónicos, lo que constituye otra realización de la presente
invención. Tal pulverización da como resultado una excelente
utilización de la capacidad de enfriamiento del medio líquido de
enfriamiento evitando cualquier desperdicio innecesario de medio de
enfriamiento no utilizado para la tarea de enfriamiento.
De acuerdo con otra realización de la invención,
dichos medios de pulverización están adaptados para pulverizar
dicho medio líquido de enfriamiento sobre los citados componentes
electrónicos de modo que se forman burbujas de tamaño
predeterminado en la citada película, para fomentar la extracción de
energía calorífica desde los citados componentes electrónicos por
evaporación del medio líquido de enfriamiento. Se ha observado que
la formación de tales burbujas, que pueden tener un tamaño
dependiente del medio de enfriamiento que se utilice, fomenta la
citada extracción de energía calorífica, de modo que el medio de
enfriamiento que se use pueda ser utilizado eficazmente.
De acuerdo con otra realización de la invención,
el dispositivo está adaptado para ser utilizado una sola vez, es
decir, solamente durante un vuelo de dicho vehículo volante, que es
el uso más favorable de un dispositivo conforme a la invención,
puesto que en ese caso se debe prestar menos atención a lo que
ocurre con el medio líquido de enfriamiento después de que haya
cumplido la tarea de enfriamiento. Resulta particularmente ventajoso
disponer el dispositivo en un vehículo volante, tal como en un
misil de alta velocidad.
De acuerdo con otra realización de la invención,
dicho contenedor y dichos componentes electrónicos están integrados
en una caja cerrada en dicho vehículo volante, lo que significa que
el medio líquido de enfriamiento permanecerá en el interior de
dicha caja realizando la acción de enfriamiento de la misma de
manera más eficiente y evitando que el mismo entre en contacto con
otras partes del vehículo volante.
La invención se refiere también a un
procedimiento para enfriar los componentes electrónicos de una
unidad de control en un vehículo volante sin piloto, de acuerdo con
las diferentes realizaciones del mismo definidas en las
reivindicaciones anexas, y la función y las ventajas del mismo se
desprenden claramente de la descripción que antecede de los
dispositivos conforme a las diferentes realizaciones de la presente
invención.
Otras ventajas, así como las características
ventajosas de la invención, se pondrán de manifiesto a partir de la
descripción que sigue, así como de las demás reivindicaciones
dependientes.
\vskip1.000000\baselineskip
Con referencia a los dibujos anexos, a
continuación sigue una descripción específica de un procedimiento y
de un dispositivo de acuerdo con una realización de la presente
invención. En el dibujo:
La Figura 1 es una vista esquemática que ilustra
un vehículo volante en forma de misil aire-aire de
alta velocidad al que se ha aplicado la presente invención, y
la Figura 2 es una vista parcialmente seccionada
y simplificada de un detalle del misil conforme a la Figura 1, que
ilustra una realización de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Un misil 1 de alta velocidad que tiene un
dispositivo de enfriamiento de acuerdo con la invención, ha sido
mostrado esquemáticamente en la Figura 1. La parte del interior de
la caja 2 indicada con líneas discontinuas, ha sido mostrada en la
Figura 2. Se puntualiza que la Figura 2 es una vista muy
simplificada utilizada para ilustrar los principios de un
dispositivo y de un procedimiento de acuerdo con una realización de
la presente invención.
Lo que se conoce como caja 3 electrónica, se ha
dispuesto en el interior del volumen 4 interno de la carcasa 5 del
misil, y se ha conectado a la misma mediante miembros 6 de conexión
adecuados, con preferencia de un material aislante del calor, de
modo que existe una distancia entre la carcasa 5 y la caja 3 para
reducir la transferencia de energía calorífica desde la carcasa 5
hasta la caja como resultado de la resistencia aerodinámica
experimentada por el misil durante el vuelo de alta velocidad.
La caja 3 contiene una unidad 7 de control
utilizada para el control del misil, y que tiene por ese motivo un
número de componentes 8 electrónicos dispuestos en una placa 9 de
circuito impreso. La unidad de control puede estar conectada a
diferentes medios de control, tal como medios de impulsión del
misil, pero tales conexiones no han sido aquí mostradas, puesto que
las mismas no guardan ninguna relación con la presente
invención.
Un medio 10 adaptado para medir la temperatura
de los componentes electrónicos por medición de la temperatura
cercana a los mismos tal como la de la placa de circuito impreso, ha
sido dispuesto en la placa de circuito impreso y está adaptado para
enviar información acerca de esta medición a un miembro 11 de
control. La caja 3 contiene además un contenedor 12 que contiene un
medio líquido de enfriamiento a presión, y que está conectado a
medios 13 en forma de boquilla para pulverizar este medio líquido de
enfriamiento directamente sobre los citados componentes
electrónicos cuando se controla este hecho por medio del citado
miembro 11 de control. La boquilla 13 posee un miembro 14, que
puede ser controlado a través de dicho miembro 11 de control de modo
que influye en la pulverización de dicho medio de pulverización por
control de la categoría del mismo y/o de la naturaleza del
mismo.
El miembro 11 de control está adaptado para
controlar el miembro 14 y con ello, el medio 13 de pulverización
para que inicie la pulverización del medio de enfriamiento
directamente sobre los componentes 8 electrónicos cuando el medio
10 de medición de temperatura indique que la temperatura de los
componentes electrónicos supera un nivel predeterminado. Este nivel
se determina mientras se considere que la temperatura es aceptable
para los componentes electrónicos sin fallo o dañado de los mismos.
En el caso de los llamados componentes electrónicos templados
industriales, este nivel de temperatura está preferentemente por
debajo de 90ºC, y se prefiere en la zona de los 70ºC.
El medio 13 de pulverización puede estar
adaptado para pulverizar medio líquido de enfriamiento sobre los
componentes electrónicos siempre que el medio 10 indique que la
temperatura de estos componentes supera el citado nivel
predeterminado.
El medio 13 de pulverización está además
adaptado para atomizar el medio líquido de enfriamiento para
pulverizarlo de modo que forme una película finamente distribuida
sobre la parte superior de los componentes electrónicos, y la
pulverización se lleva a cabo con preferencia de modo que se forman
burbujas de un tamaño predeterminado, tal como del orden de
milímetros, en la citada película para fomentar la extracción de
energía calorífica desde dichos componentes electrónicos por
evaporación del medio líquido de enfriamiento. El medio de
pulverización crea, con preferencia, una "nube" de medio de
enfriamiento distribuida de manera sustancialmente uniforme sobre
los componentes electrónicos.
Dicho nivel de temperatura predeterminado está
preferentemente adaptado a la temperatura de ebullición del medio
líquido de enfriamiento utilizado, de modo que este nivel está
próximo a la citada temperatura de ebullición y con preferencia
justamente por debajo de dicha temperatura de ebullición, con
preferencia 1ºC-5ºC por debajo de esta temperatura.
El carbonato de flúor líquido es un medio líquido de enfriamiento
preferido para su uso, que tiene una temperatura de ebullición
adecuada y que es dieléctrico evitando cualquier riesgo de
cortocircuitos.
Según se ha mencionado ya, la presente invención
es particularmente aplicable al enfriamiento de componentes
electrónicos en misiles que experimentan una alta generación de
calor durante el uso, a partir del calentamiento por el
funcionamiento de los componentes electrónicos y/o de fuentes
externas, tal como el calentamiento aerodinámico. Se trata
especialmente de una cuestión de uso de la técnica de enfriamiento
por pulverización en vehículos de un solo vuelo, tal como los
misiles de alta velocidad.
La invención no se limita, por supuesto, a la
realización descrita anteriormente, sino que muchas posibilidades
de modificaciones de la misma resultarán evidentes para una persona
experta en la materia, sin apartarse de la idea básica de la
invención según se define en las reivindicaciones anexas.
El contenedor que contiene el medio líquido de
enfriamiento puede estar dispuesto por fuera de la caja electrónica,
aunque se prefiere tenerlo en el interior de la caja
electrónica.
Se puede disponer más de un contenedor y/o
medios de pulverización en el mismo vehículo volante.
Claims (18)
1. Un procedimiento para enfriar los componentes
electrónicos de una unidad de control en un vehículo volante sin
piloto, caracterizado porque comprende las etapas de:
- -
- medir la temperatura de los componentes (8) electrónicos, y
- -
- pulverizar un medio líquido de enfriamiento almacenado a presión en un contenedor (12), directamente sobre los citados componentes electrónicos cuando la temperatura de los mismos exceda de un nivel predeterminado, en el que dicho medio líquido de enfriamiento tiene una temperatura de ebullición cercana al citado nivel de temperatura predeterminado, para extraer energía calorífica desde los componentes (8) electrónicos por evaporación de dicho medio de enfriamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio líquido de
enfriamiento es pulverizado sobre los citados componentes (8)
electrónicos mientras la temperatura de los mismos exceda de dicho
nivel predeterminado.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque un medio líquido
de enfriamiento que tiene una temperatura de ebullición por encima
de dicho nivel de temperatura predeterminado, con preferencia
1ºC-5ºC por encima de dicho nivel de temperatura
predeterminado, es pulverizado sobre los citados componentes (8)
electrónicos.
4. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
consiste en un medio líquido dieléctrico de enfriamiento el que se
pulveriza directamente sobre los citados componentes (8)
electrónicos.
5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
medio líquido de enfriamiento es atomizado cuando se pulveriza sobre
los citados componentes (8) electrónicos, para formar una película
de éste finamente distribuida sobre la partes superior de dichos
componentes.
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque dicho medio líquido de
enfriamiento es pulverizado sobre dichos componentes (8)
electrónicos de modo que se forman burbujas de un tamaño
predeterminado en dicha película, para fomentar la extracción de
energía calorífica desde dichos componentes electrónicos por
evaporación del medio líquido de enfriamiento.
7. Un dispositivo para enfriar los componentes
(8) electrónicos de una unidad de control en un vehículo volante
sin piloto, caracterizado porque comprende:
- -
- un contenedor (12) que contiene un medio líquido de enfriamiento bajo presión;
- -
- un medio (10) adaptado para detectar la temperatura de dichos componentes electrónicos durante el vuelo de dicho vehículo;
- -
- un medio (13) adaptado para ser controlado por dicho medio de detección de temperatura para pulverizar dicho medio líquido de enfriamiento directamente sobre los citados componentes electrónicos cuando la temperatura de los mismos exceda de un nivel predeterminado, en el que dicho medio de enfriamiento líquido tiene una temperatura de ebullición próxima a dicho nivel de temperatura predeterminado, para extraer energía calorífica desde los componentes (8) electrónicos por evaporación de dicho medio de enfriamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque dicho medio (13) de
pulverización está adaptado para pulverizar dicho medio líquido de
enfriamiento sobre los citados componentes (8) electrónicos
mientras la temperatura de los mismos exceda de dicho nivel
predeterminado.
9. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 8, caracterizado porque dicho contenedor (12)
está adaptado para contener un medio líquido de enfriamiento que
tiene una temperatura de ebullición superior a dicho nivel de
temperatura predeterminado, con preferencia 1ºC-5ºC
por encima de dicho nivel de temperatura predeterminado.
10. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 7-9, caracterizado
porque dichos componentes (8) electrónicos son del tipo que se
conoce como componentes templados industriales, y porque dicho medio
de pulverización tiene un nivel de temperatura predeterminado
mencionado que está por debajo de 90ºC, con preferencia por debajo
de 70ºC, y con preferencia por encima de 60ºC.
11. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 7-10, caracterizado
porque dicho contenedor (12) está adaptado para contener un medio
líquido de enfriamiento citado que es dieléctrico.
12. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 7-11, caracterizado
porque dicho contenedor (12) está adaptado para contener un medio
líquido de enfriamiento en forma de carbonato de flúor líquido.
13. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 7-12, caracterizado
porque dicho medio (13) de pulverización está adaptado para
atomizar dicho medio para pulverizarlo de manera que forme una
película del mismo finamente distribuida sobre la parte superior de
dichos componentes (8) electrónicos.
14. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 13, caracterizado porque dicho medio (13) de
pulverización está adaptado para pulverizar dicho medio líquido de
enfriamiento sobre los citados componentes (8) electrónicos de modo
que se forman burbujas de un tamaño predeterminado en dicha
película, para fomentar la extracción de energía calorífica desde
los citados componentes electrónicos por evaporación del medio
líquido de enfriamiento.
15. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 7-14, caracterizado
porque está adaptado para ser utilizado una sola vez, es decir,
solamente durante un vuelo de dicho vehículo (1) volante.
16. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 15, caracterizado porque está adaptado para
ser dispuesto en un vehículo (1) de un solo vuelo, tal como un
misil de alta velocidad.
17. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 7-16, caracterizado
porque dicho contenedor (12) y dichos componentes (8) electrónicos
están integrados en una caja (3) en dicho vehículo volante.
18. Uso de un dispositivo de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 7-17 para enfriar
los componentes electrónicos de una unidad de control en un
vehículo volante sin piloto, tal como un misil de alta velocidad,
por ejemplo un misil aire-aire.
Applications Claiming Priority (1)
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