ES2625404T3

ES2625404T3 - Bucle de transferencia de calor de dos fases de control avanzado

Info

Publication number: ES2625404T3
Application number: ES14180917.8T
Authority: ES
Inventors: Donatas Mishkinis; Alejandro TORRES SEPÚLVEDA
Original assignee: Iberica del Espacio SA
Current assignee: Iberica del Espacio SA
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: US9829253B2; EP2985556B1; US20160047605A1; EP2985556A1

Abstract

Aparato de bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control térmico, usando un fluido bifásico como un medio de trabajo e incluyendo: - al menos un evaporador (2) a conectar con una fuente de calor e incluyendo una bomba capilar primaria (4), una cámara de estabilización-compensación térmica (3) que está montada en el al menos único evaporador (2), - al menos un condensador (24) a conectar con un sumidero de calor, - líneas de líquido (22) y líneas de vapor (23) que conectan el al menos único evaporador (2) y el al menos único condensador (24), - una cámara de compensación remota (20), - sensores de temperatura (27) para detectar la temperatura de la cámara de compensación remota (20), - al menos un elemento de calentamiento (19) para calentar la cámara de compensación remota (20), y - un controlador (28), caracterizado porque también incluye sensores de temperatura para detectar la temperatura en la cámara de estabilización-compensación térmica (3) montada en el al menos único evaporador (2) y porque el controlador (28) está configurado para supervisar las temperaturas detectadas por los sensores (27) y para controlar el elemento de calentamiento (19) de tal manera que el valor de la diferencia ΔTControl entre la temperatura de la cámara de compensación remota (20) y la temperatura de la cámara de estabilización-compensación térmica (3) montada en el al menos único evaporador (2) sea positivo.

Description

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DESCRIPCION

Bucle de transferencia de calor de dos fases de control avanzado Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un aparato y metodo de transferencia de calor y control termico, en particular para uso para enfriamiento de equipo electronico, y mas en concreto la invencion se dirige a un aparato de transferencia de calor y control termico avanzado con aplicacion de bucle de transferencia de calor de dos fases para gestion termica de la electronica de naves espaciales. La invencion se dirige, en particular, a un aparato de bucle de transferencia de calor de control avanzado segun el preambulo de la reivindicacion 1. Tal aparato se conoce por US 7.061.446 B1.

Antecedentes de la invencion

Los componentes y los subsistemas de equipo electronico tal como microprocesadores, microcontroladores, transformadores, filtros, semiconductores, transistores, amplificadores, multiplexores, circuitos integrados, etc, deben operar en rangos de temperatura restringidos. Se hace referencia espedficamente a electronica de naves espaciales. Esto hace que el control termico sea una materia clave en el diseno y la operacion de una nave espacial con un impacto significativo en el peso, la potencia y el costo del presupuesto general de una nave espacial.

El control termico de una nave espacial se basa en el balance termico global de la nave espacial: las cargas de calor deben ser evacuadas al espacio profundo, que actua como un sumidero termico. Dado que no existe conexion material entre este sumidero y la nave espacial, esta evacuacion se realiza por radiacion termica a traves de radiadores dedicados instalados sobre las superficies externas del satelite.

Las cargas termicas de la nave espacial provienen de la disipacion de los equipos internos de la nave espacial y, externamente, del sol y la tierra o de los cuerpos celestes alrededor de los cuales orbita la nave espacial. Los sistemas termicos usados en naves espaciales por lo tanto deben ser capaces de controlar equipos que operan en un rango espedfico de temperaturas y tambien de forma discontinua.

Actualmente, los dispositivos termicos conocidos para controlar las cargas termicas en naves espaciales son los bucles de transferencia de calor bifasicos (HTL) que tambien son conocidos en la practica de la ingeniena como bucles de accionamiento capilar o bombeados mecanicamente o bucles de calor. La finalidad de estos dispositivos en una nave espacial es transferir calor entre una fuente de calor (elemento electronico) y un sumidero de calor (tfpicamente, el espacio). En HTLs bifasicos, el calor es transferido a traves de un ciclo de evaporacion- condensacion de un fluido operativo mantenido dentro de un contenedor hermeticamente sellado.

Un HTL bifasico esta lleno de fluido operativo, que se denomina portador de calor. Durante la operacion nominal del HTL bifasico, siempre estan presentes en el circuito dos fases de este portador de calor, vapor y lfquido.

Los HTLs bifasicos conocidos incluyen en general al menos seis elementos: un evaporador, una bomba, una lmea de transporte de vapor, un condensador, una lmea de transporte de lfquido y una camara de compensacion. El calor aplicado al evaporador procedente del equipo electronico se usa para transformacion del fluido operativo de fase lfquido a vapor. El vapor pasa al condensador en la lmea de transporte de vapor. El calor acumulado en la fase vapor es disipado en el condensador por condensacion. El lfquido liberado es transmitido de nuevo al evaporador a traves de la lmea de transporte de lfquido por la bomba. La camara de compensacion puede estar instalada en posiciones diferentes del bucle y proporciona la capacidad del bucle de operar en diferentes escenarios medioambientales y operativos: para garantizar una cantidad suficiente de fluido para circulacion en condiciones fnas y para acumular el exceso de lfquido debido al efecto de expansion termica en condiciones calientes.

Puede usarse diferentes mecanismos para el bombeo de fluido en el HTL. Los bucles de accionamiento capilar usan el efecto de aspiracion capilar para esta finalidad y tienen una estructura porosa especial, llamada bomba capilar o mecha, que sirve para circulacion continua del fluido operativo en el sistema. La mecha siempre esta situada en el evaporador. El evaporador esta montado en una fuente de calor.

Dicha tecnologfa de bucle de accionamiento capilar ha hallado una amplia aplicacion para sistemas termicos de control en muchas aplicaciones de naves espaciales, que generalmente usan bucles con un solo evaporador. Sin embargo, muchas aplicaciones requieren el control termico de grandes cargas utiles de contacto superficial termico o de multiples fuentes de calor ubicadas a distancia.

Los desarrolladores de disenos de evaporadores multiples y de condensadores multiples de bucles de accionamiento capilar, (conocidos en la practica de la ingeniena como caloductos en bucle (LHP), bucles de bombeo capilar (CPL) y bucles de calor bifasicos hubridos), tienen la intencion de crear sistemas de control termico con las siguientes caractensticas: plan funcional optimizado, escalabilidad, expansibilidad, comparticion de las cargas termicas efectivas, flexibilidad en la ubicacion de los componentes, acoplamiento termico entre radiadores

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independientes y masa y volumen minimizados.

La tecnolog^a LHP fue inventada originalmente en la Union Sovietica, y esta tecnologfa de un aparato de transmision de calor se conoce, por ejemplo, por US 4515209. Mas tarde, se introdujo un enlace capilar (mecha secundaria) entre el evaporador y la camara de compensacion, para proporcionar suministro de lfquido desde la camara de compensacion a la mecha primaria del evaporador en condiciones de gravedad cero.

El desarrollo y las pruebas de un LHP con dos evaporadores identicos se realizo por primera vez por el Instituto de Ffsica Termica (Academia Rusa de las Ciencias) a mediados de los anos 80. Desarrollos adicionales hacia un sistema LHP multi-evaporador, como muestra, por ejemplo, la patente sovietica 1395927, se realizaron utilizando un LHP con dos evaporadores y dos condensadores. Los LHPs con dos evaporadores pueden operar eficientemente a distribuciones simetricas y no simetricas de carga termica entre los evaporadores, y a temperaturas diferentes de enfriamiento del condensador o condensadores. Sin embargo, apagar el enfriamiento activo de un condensador traena como resultado un descenso abrupto de la capacidad maxima de transmision del dispositivo.

Cada evaporador en un sistema LHP tfpico tiene su propia camara de compensacion, que puede ser conectada directamente a las camaras de compensacion de otros evaporadores o puede no tener ninguna conexion directa con las camaras de compensacion de otros evaporadores en el sistema. En estos dispositivos, los evaporadores estan conectados ngidamente entre sf y estan ubicados a distancias relativamente cercanas entre sf.

A pesar de las ventajas evidentes de los sistemas LHP con multiples evaporadores disenados para funcionar en una amplia gama de temperaturas, existe una limitacion en el numero de evaporadores que se pueden usar razonablemente, ya que cada evaporador comprende una camara de compensacion. Conforme desciende la temperatura minima de funcionamiento, el volumen de la camara de compensacion aumenta rapidamente cuando aumenta el numero de evaporadores. Esto implica un lfmite en el numero de evaporadores que se pueden usar en estos sistemas. Es practicamente imposible crear un sistema LHP con mas de tres evaporadores.

Ademas, pueden surgir ciertos problemas con el control de temperatura en sistemas LHP con multiples evaporadores: los componentes clave para el control de temperatura LHP son las camaras de compensacion. En una instalacion de dos evaporadores, el LHP puede funcionar a la temperatura deseada en la mayona de los casos, ya que el LHP responde muy bien a cambios bruscos en la carga termica, la temperatura de sumidero y la temperatura de punto de consigna. Sin embargo, solo una de las camaras de compensacion tiene una condicion bifasica de vapor-lfquido durante el funcionamiento, independientemente de cuantos esten bajo control de temperatura.

El calor, que paso por conduccion termica a traves de la pared de la bomba capilar a la parte central del evaporador, en la direccion opuesta a la direccion de circulacion del fluido, normalmente se denomina fuga de calor parasita. Los resultados de las pruebas han demostrado que cuando uno de los evaporadores tiene una carga termica muy baja, se observa una generacion de vapor repentina sobre la superficie interior de la bomba capilar, que aumenta drasticamente la fuga de calor parasita a la camara de compensacion, lo que trae como resultado una temperatura de funcionamiento mas alta del bucle. Esto causa un problema de control de histeresis para el bucle que es diffcil de predecir o de evitar. Tambien se constato que las situaciones en las que el lfquido se distribuye entre las camaras de compensacion (intentando ocupar los puntos de presion mas bajos) pueden llevar al funcionamiento inestable del sistema. Ademas, surge un problema de controlabilidad para sistemas LHP con multiples evaporadores cuando aumenta la cantidad de evaporadores y de camaras de compensacion.

Por lo tanto, es posible concluir que la limitacion de expansibilidad es el problema principal en sistemas LHP con multiples evaporadores, segun se muestra en la patente sovietica 1395927, de modo que se usan dos evaporadores o solo tres evaporadores como mucho para rangos de temperatura estrechos. Un problema secundario que presentan estos sistemas es la escasa controlabilidad.

Otro tipo de bucle de accionamiento capilar es el CPL, como por ejemplo en los documentos de patente US 6626231 y US 7118076, que tipicamente comprende uno o mas evaporadores, uno o mas condensadores, lmeas de transporte, una camara de compensacion remota y un subenfriador. La ubicacion de la camara de compensacion es la principal caractenstica diferenciadora entre los disenos CPL y LHP. Una camara de compensacion LHP (o camaras para diseno de LHP con evaporadores multiples) siempre esta conectada directamente al evaporador, pero el CPL siempre tiene una camara de compensacion remota (tambien denominada deposito de lfquido), separada del evaporador (o evaporadores para un diseno de CPL de evaporadores multiples) por un tubo o tubos conectores de pequeno diametro (2,5 mm). Como regla en CPL, el lfquido del condensador y de la camara de compensacion remota fluye a traves del subenfriador antes de llegar a los evaporadores. A diferencia de LHP, el CPL tiene una capacidad reducida de autoarranque sin preacondicionamiento especial. Ademas, para cualquier CPL, la tolerancia para la fuga de calor parasita de vapor es un problema significativo de operabilidad fiable del sistema. El crecimiento de una burbuja de vapor sobre la superficie interior de la bomba capilar conduce al secado de la bomba y, finalmente, al fallo del funcionamiento del CPL. En el caso del LHP, la burbuja normalmente migra a la camara de compensacion (en cuanto esta fijada cerca del evaporador) y se condensa en lfquido sub-enfriado que siempre se presenta en la camara de compensacion del LHP.

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En las ultimas decadas se han realizado continuas mejoras en los CPLs. El evaporador de dos puertos (una entrada de Kquidos y una salida de vapor) inicialmente usado en CPLs generalmente sufna desecamiento debido a la aparicion de vapor en el nucleo Kquido durante el arranque y regfmenes transitorios. Para impedir que el vapor bloquee el retorno del lfquido a la estructura de la mecha, se introdujo un evaporador capilar de tres puertos, en el sistema que conecta la lmea del deposito remoto al nucleo lfquido del evaporador. Esta configuracion permite que el vapor se expanda a lo largo del nucleo del evaporador y que migre hacia dentro del deposito remoto, en vez de acumularse en el nucleo de evaporador e interferir con el lfquido que retorna desde el condensador. Inicialmente, las bombas capilares de tres puertos se usaron como bombas de arranque, y luego como el diseno del evaporador funcional principal. Para impedir que el vapor de los evaporadores descebados fluya aguas arriba y bloquee el retorno de lfquido a los evaporadores en funcionamiento, se introdujo un dispositivo capilar, denominado aislador capilar, ubicado aguas arriba de la entrada al evaporador. Tambien se instalaron reguladores de contra-presion en muchos CPLs de multiples evaporadores para ayudar durante el arranque. Estos dispositivos capilares, ubicados en la lmea de transporte de vapor, redirigen el vapor inicialmente generado en un evaporador a los otros evaporadores que no estan en funcionamiento (sin carga termica). Esta accion obliga a salir el lfquido de las lmeas de vapor y mejora las posibilidades de un arranque exitoso de todos los evaporadores en el sistema: tambien ayuda a fomentar el compartir las cargas termicas entre evaporadores, por ejemplo, cuando un evaporador inactivo actua como condensador.

Las siguientes conclusiones resumen los asuntos relacionados con la fiabilidad de los CPLs:

- El diseno del CPL no debe nunca permitir la formacion de burbujas en el lado lfquido del bucle, pero es bastante diffcil evitar por completo tal escenario operacional en HTLs reales;

- El CPL requiere un evaporador de arranque para limpiar los conductos de vapor en los evaporadores principales antes de que se les aplique calor;

- Reducir el diametro de los elementos del evaporador CPL conduce a muchas dificultades no esperadas: el diseno con paredes de bomba capilar mas delgadas conduce a una probabilidad mas alta de formacion de burbujas de vapor dentro del nucleo lfquido del evaporador y como consecuencia al fallo del funcionamiento del CPL;

- Es conocido en la tecnica anterior que para mejorar la tolerancia de los evaporadores a las fugas de calor parasitas de vapor, es preferible conectar estos evaporadores en serie; en este caso el primer evaporador en serie puede crear un flujo de barrido para los evaporadores siguientes.

Otra solucion implica instalar varios evaporadores en paralelo con conexion a la misma camara de compensacion, situada en la parte evaporadora del bucle, y que incluye enlaces capilares especiales de gran longitud entre los evaporadores y la camara de compensacion. Este sistema se conoce como LHP CPL de situacion libre, tal y como se muestra, por ejemplo, en el documento de patente US 5944092, en la patente sovietica 1626798 o en la patente rusa 2120592. Este sistema supero con exito las pruebas en campo con un incremento gravitatorio favorable de los evaporadores en relacion con la camara de compensacion, facilitando asf que los enlaces capilares distribuyeran el fluido a todos los evaporadores. La restriccion de orientacion en el campo gravitatorio se debe a los lfmites impuestos por el enlace capilar. El enlace capilar que conecta los evaporadores y la camara de compensacion limita la distancia de separacion entre los evaporadores y la camara de compensacion. Esta limitacion es parecida a la que ya existe en tubenas termicas convencionales. Otras limitaciones significativas de este diseno son la complejidad y las dificultades de integracion que dan lugar a problemas de expansibilidad, escalabilidad y estandarizacion de las piezas. Todos los evaporadores tendran que estar por debajo o en el mismo plano con respecto al plano de la camara de compensacion. Dado que la tubena de conexion entre cada evaporador y la camara de compensacion contiene un enlace capilar en el interior, el diametro interno del tubo suele ser mayor de 4 mm (es practicamente imposible instalar una estructura capilar curvable en una tubena con un diametro mas pequeno). Las tubenas de conexion de gran diametro hacen que el sistema sea inflexible y que sean necesarios elevados requerimientos para las tolerancias con fines de integracion. En el diseno habitual de un evaporador de LHP con un tubo de bayoneta, un enlace capilar (mecha secundaria) suministra el lfquido a la bomba capilar primaria practicamente solo durante regfmenes transitorios. Sin embargo, en este diseno, el enlace capilar suministra toda la cantidad de lfquido que hace falta para el evaporador, lo que ocasiona limitaciones significativas de las tasas de cambio de la potencia de la fuente de calor y/o de la temperatura del sumidero de calor. Otra desventaja de este enfoque es la baja conductancia termica de los evaporadores a causa de la presencia constante de la fase de vapor en el nucleo del evaporador.

Un intento de superar algunas de estas importantes desventajas dio lugar al denominado LHP CPL multifibras) conocido, por ejemplo, por el documento US 5944092, en el que los evaporadores funcionales no tienen un enlace capilar con la camara de compensacion, sino solo con la lmea de lfquido. Las limitaciones de este diseno son parecidas a las de los CPLs convencionales con bombas de arranque. Los evaporadores capilares unidos a la lmea de lfquido no pueden proporcionar una tolerancia de vapor fiable y, por tanto, la desventaja de este diseno es la necesidad de un evaporador adicional especial con una fuente de potencia espedfica para proporcionar la circulacion del bucle.

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Se han realizado otros disenos desarrollando el denominado LHP tubrido multievaporadores, que muestran, por ejemplo, los documentos de patente US 7661464, US 6889754, US 7004240, US 8047268, US 7549461, US 8109325, US 8066055, US 8047268 o US 7251889, sugiriendo que un enlace entre los evaporadores y la camara de compensacion podna ser un bucle e incorporaron esta idea al llamado CPL avanzado, para intentar incorporar las ventajas de un LHP robusto con la flexibilidad arquitectonica de un CPL. Este sistema comprende dos bucles de funcionamiento relativamente independiente: un bucle principal y un bucle auxiliar. El bucle principal es basicamente un CPL tradicional con la misma configuracion y principios de funcionamiento que un CPL, cuya funcion consiste en transportar el calor disipado y rechazarlo a un sumidero de calor a traves del condensador primario. El bucle auxiliar se emplea para retirar las burbujas de vapor del nucleo de los evaporadores de los CPL y trasladarlas a la camara de compensacion. El bucle auxiliar solo contiene un evaporador de tipo LHP con la camara de compensacion de gran tamano unida. Solo existe una camara que es comun a todos los evaporadores: los evaporadores de los CPL en el bucle principal y el evaporador del LHP en el bucle auxiliar. Ademas, el bucle auxiliar tambien se emplea para facilitar el proceso de arranque. De este modo, el bucle auxiliar sirve de sustituto funcional de la mecha secundaria de un LHP convencional. La viabilidad de este diseno, no obstante, solo se alcanza al conectar los evaporadores en serie. Esto significa que en consecuencia el lfquido tiene que pasar por los evaporadores: el flujo que sale del primer evaporador entra en el segundo, etc.

En principio, el LHP hibrido multievaporador inclrna tres evaporadores, uno de los cuales era un evaporador de LHP estandar unido directamente a la camara de compensacion del sistema comun, asf como dos evaporadores CPL tradicionales de tres puertos. Las pruebas mostraron que el sistema no era muy fiable durante los ciclos de potencia. La sensibilidad al ciclo de potencia se atribuyo a la expansion de burbujas de vapor en el nucleo del evaporador. La conduccion de calor a traves de la pared de la bomba capilar del evaporador facilito la nucleacion del vapor en el nucleo del evaporador. En el caso de operacion en estado de regimen, estas burbujas se arrastraron desde el nucleo de evaporadores funcionales mediante el flujo del lfquido a la bomba capilar. Sin embargo, a medida que disminrna la potencia de entrada de los evaporadores funcionales, el movimiento de lfquido forzado por la accion capilar en el evaporador auxiliar no resultaba suficiente para retirar de forma eficaz todas las burbujas de vapor del nucleo del evaporador y asf evitar el bloqueo con vapor de la bomba capilar (desecacion) tras un aumento repentino de la potencia del evaporador. Por otra parte, una reduccion repentina de potencia causa una ruptura temporal del flujo de fluido en el condensador hasta que se establece un nuevo equilibrio de temperatura/presion en el sistema. Esta ruptura del flujo hace necesario un desplazamiento masico neto del flujo desde el evaporador y la camara de compensacion al condensador. En consecuencia, el flujo nominal en direccion hacia delante se interrumpio. Durante la situacion de flujo inverso se podfan acumular o incluso expandir las burbujas de vapor en el nucleo de la bomba capilar del evaporador, causando asf la desecacion del evaporador y el fallo del sistema.

Para mejorar la tolerancia al vapor, el diseno interno de los evaporadores se modifico para incluir una mecha especial de separacion de fases, disenada para proporcionar un mejor control de la distribucion de las dos fases vapor/lfquido en el nucleo de las bombas. El objetivo de las modificaciones del diseno era extender el control de las fases que proporcionaba la mecha secundaria en el evaporador tradicional LHP a los evaporadores de CPL. A pesar de los resultados favorables generales obtenidos durante las pruebas, el funcionamiento se verifico en condiciones relativamente limitadas: los evaporadores estaban en general en orientacion horizontal y cercanos los unos a los otros, asf que la resistencia hidraulica de las lmeas era parecida. Esta configuracion, por tanto, no era representativa de las condiciones de las posibles aplicaciones de control termico en naves espaciales cuando los evaporadores y el deposito remoto se encuentran separados espacialmente, y el nivel de respuesta de los evaporadores a las variaciones de potencia de entrada y de las condiciones del sumidero de calor dependen de la longitud de las lmeas de conexion entre estos elementos. Por tanto, no se comprobo adecuadamente la capacidad de control termico.

En la tecnica anterior tambien se conocen las tecnologfas de bucles tubridos de refrigeracion, como por ejemplo las que se muestran en los documentos de patente US6990816 y US6948556, que combinan el bombeo activo de lfquidos y la gestion pasiva capilar de lfquidos en la estructura de la mecha del evaporador y su separacion lfquido/vapor. El bucle hibrido de refrigeracion consiste en un evaporador, un condensador, una camara de compensacion de lfquidos y una bomba, en su diseno mas simple. Debido al sistema de bombeo de amplificacion activo, el sistema de bucle hibrido sena capaz de gestionar distintos disenos de evaporadores multiples. A pesar de contar con ciertas ventajas, la necesidad de contar con un medio de circulacion suplementario por el bucle se puede considerar una desventaja por la naturaleza activa de los componentes cnticos de diseno, lo que reduce la fiabilidad y la vida util del sistema.

Otro sistema conocido desarrollado es el denominado LHP avanzado, que es un LHP con dos evaporadores: el evaporador principal (funcional) y el evaporador secundario (auxiliar), segun el documento de patente US6810946 B2, por ejemplo, que incorpora un evaporador secundario al diseno convencional del LHP. El evaporador secundario se encuentra en un entorno con incremento de fno para asegurar que la bomba capilar siempre este cebada. Se conectan calentadores electricos a este evaporador para proporcionar la potencia termica necesaria para su funcionamiento. Cuando la bomba secundaria se encuentra en operacion, esta retira de forma activa el vapor que se acumula en la camara de compensacion a causa de las fugas parasitas de calor a la camara de compensacion del evaporador principal y a la lmea de lfquido. Este diseno solo considera un unico evaporador LHP principal. La mayor desventaja de este planteamiento es la existencia del evaporador adicional y su naturaleza activa. De hecho, esta

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solucion se necesita para un LHP con una bomba secundaria no disenada correctamente.

Ademas, se propuso usar un evaporador con camara de compensacion adjunta en un bucle de accionamiento capilar, conocido por ejemplo en los documentos de patente US7061446, US7268744 o US7841392. La mecha capilar indivisa grande se usa en la parte del evaporador y en la camara de compensacion. La mecha tiene mayor tamano transversal en la camara de compensacion que en la parte del evaporador. No existen medios para garantizar la tolerancia de vapor de los evaporadores.

Por lo tanto, como resumen, es posible concluir que el elemento principal y mas cntico en un bucle de accionamiento capilar es el evaporador. La intolerancia a la fuga de calor parasita de vapor, que puede conducir a fallo total del sistema en transmision de calor, es el principal problema en el desarrollo de sistemas de control termico bifasicos multi-evaporador de accionamiento capilar. Se han propuesto e investigado varios metodos para solventar el problema; sin embargo, las soluciones tecnicas existentes aun no pueden garantizar un comportamiento estable y fiable en condiciones termicas reales diferentes del funcionamiento de naves espaciales.

Esta invencion por lo tanto esta orientada hacia estas necesidades.

Resumen de la invencion

Por lo tanto, la presente invencion proporciona un sistema y metodo de transferencia de calor y control termico, en particular, un bucle de transferencia de calor de control avanzado bifasico movido mecanica o capilarmente (ACHTL).

Un objeto de la invencion es proporcionar un ACHTL bifasico movido de forma mecanica o capilar que tiene un funcionamiento fiable y alto rendimiento en un amplio rango de condiciones operativas con minima fuga parasita de calor, proporcionando al mismo tiempo un medio de tolerancia de fuga de calor parasita de vapor para cada evaporador y flexibilidad de diseno por implementacion de una camara de compensacion remota y control avanzado de la temperatura de esta camara.

Otro objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema ACHTL bifasico movido de forma mecanica o capilar que puede ser expandido, es decir, que puede variar el numero de sus evaporadores y/o sus condensadores.

Asf, la fiabilidad y la expansibilidad son objetos principales. Otros objetos del sistema bifasico LHP de accionamiento mecanico o capilar de la invencion son los siguientes:

- escalabilidad: el tamano de los evaporadores (tanto el diametro como la longitud) puede variar en un amplio rango y puede ser ajustado en funcion de la aplicacion particular que se necesite;

- controlabilidad: posibilidad de controlar la temperatura de operacion del sistema por medio del control termico de la camara de compensacion remota;

- capacidad de reparto de carga termica cuando el sistema ACHTL comprenda multiples evaporadores: los rangos de potencia pueden ser diferentes de un evaporador a otro, de manera que algunos evaporadores pueden tener la carga termica maxima mientras que otros tienen una aplicacion de potencia minima o nula;

- flexibilidad de configuracion: en teona se puede usar un numero ilimitado de evaporadores/condensadores; la distancia entre los evaporadores y la camara de compensacion puede ser de hasta varios metros; los evaporadores, condensadores y la camara remota de compensacion pueden encontrarse en un campo de gravedad a distintos niveles con diferencias de elevacion de hasta 3 m, considerando solo el potencial capilar de las bombas secundarias de los evaporadores;

- flexibilidad funcional: existe un amplio rango de potencias de aportacion de calor para el sistema completo y para cada evaporador; se produce resistencia a cambios repentinos de aportaciones de potencia y/o temperaturas del condensador;

- flexibilidad de integracion: el pequeno diametro (1-3 mm) de las tubenas que conectan los evaporadores a la camara remota de compensacion facilita la instalacion del sistema al nivel del satelite; ademas, se pueden emplear insertos flexibles, tales como serpentines y/o latiguillos flexibles para mejorar la integracion del sistema;

- normalizacion de los evaporadores: posibilidad de emplear camaras de compensacion unidas a los evaporadores, con dimensiones normalizadas y sin necesidad de realizar la recualificacion de los evaporadores para todas las configuraciones y tamanos del sistema; esto resulta de especial importancia para mejorar la viabilidad mecanica del HTL bifasico durante las vibraciones, ya que todos los evaporadores del sistema cuentan con una camara de compensacion individual normalizada relativamente pequena y se pueden disenar mecanicamente y cualificar individualmente solo una vez.

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Estos objetos se logran con un sistema ACHTL incluyendo las caractensticas de la reivindicacion 1. Realizaciones preferidas del sistema de la invencion se reivindican en las reivindicaciones 2 a 8.

Los objetos anteriores se logran ademas con un metodo incluyendo las caractensticas de la reivindicacion 9. Formas preferidas de llevar a la practica el metodo de la invencion se reivindican en las reivindicaciones 10 a 12.

El sistema efectua aplicaciones de transferencia de calor y control termico con un fluido bifasico como un medio de trabajo. El sistema de la invencion incluye al menos un evaporador, incluyendo una bomba capilar primaria, al menos una camara de estabilizacion-compensacion termica y montada en el evaporador, al menos un condensador, lmeas de lfquido y vapor, una sola camara de compensacion remota, sensores de temperatura instalados en todas las camaras de compensacion del sistema, al menos un elemento de calentamiento instalado en la camara de compensacion remota, y un controlador. La bomba capilar primaria del evaporador sirve para absorber calor del equipo, que tiene que ser enfriado, y para proporcionar circulacion continua de fluido/calor entre el evaporador, que esta conectado a la fuente de calor, y el condensador, que esta conectado al sumidero de calor. Una bomba capilar secundaria esta situada dentro de la mecha de la bomba capilar primaria y dentro de la camara de estabilizacion- compensacion termica y sirve para distribuir y suministrar lfquido a la mecha de la bomba capilar primaria, para proporcionar circulacion intermitente de fluido/calor en regfmenes de operacion transitorios del sistema, incluyendo sacar fuga de calor bifasico interno a traves de una bomba capilar primaria por conveccion y condensacion de las burbujas generadas en la pared interior de la mecha de la bomba capilar primaria.

La tolerancia del sistema ACHTL a la fuga parasita de calor debido a la formacion de burbujas de vapor en el nucleo central de mecha de la bomba capilar primaria en regfmenes transitorios y la ausencia de las burbujas en regfmenes de operacion de estado de regimen esta asegurada por un metodo de control avanzado de la temperatura. El esquema de control consta de controlador, sensores de temperatura y calentador en la camara de compensacion remota. El controlador gestiona el calentamiento de la camara de compensacion remota de tal forma que la temperatura de la camara de compensacion remota siempre sea superior a la temperatura de cualquiera de las camaras de estabilizacion-compensacion termica.

Otras caractensticas y ventajas de la presente invencion se describiran en la descripcion detallada siguiente de realizaciones ilustrativas de su objeto en relacion a las figuras adjuntas.

Descripcion de los dibujos

Las caractensticas, objetos y ventajas de la invencion seran evidentes por la lectura de esta descripcion en union con los dibujos acompanantes, en los que:

Las figuras 1a y 1b muestran vistas esquematicas del dispositivo ACHTL de la invencion que tiene una camara de compensacion remota y dos evaporadores.

La figura 2 representa una seccion transversal del evaporador ACHTL.

Las figuras 3a y 4a muestran un diagrama de presion-temperatura de un ciclo termodinamico ACHTL que ilustra el principio principal de la operacion de ACHTL.

Las figuras 3b y 4b muestran esquemas de ACHTL que corresponden a diagramas de presion-temperatura representados en las figuras 3a y 4a.

Descripcion detallada de la invencion

La presente invencion se ilustra por las figuras 1a, 1b, 2. Cuando se suministra un flujo de entrada de calor 11 a un evaporador 2 a traves de un asiento de evaporador 9 por un equipo de liberacion de calor o una fuente de calor, el calor evapora el lfquido de trabajo. El asiento 9 se hace de material altamente conductor termico (por ejemplo, aluminio o cobre) y es necesario para conectar (mecanica y termicamente) el evaporador 2 que tiene tfpicamente una forma cilmdrica con la fuente de calor (tfpicamente, una superficie plana, por ejemplo, un chip electronico). El vapor fluye desde el evaporador 2 a un condensador 27 a traves de una lmea de transporte de vapor 23, donde se condensa. Despues de ello, el lfquido de trabajo vuelve a una camara de estabilizacion-compensacion 3 y al evaporador 2 a traves de una lmea de transporte de lfquido 24, para evaporarse de nuevo en la superficie externa de una bomba capilar primaria 4 instalada en el evaporador 2.

A diferencia de los sistemas LHP ordinarios, el dispositivo ACHTL propuesto 1 de la invencion es controlado por una camara de compensacion remota 20, en la que siempre coexisten dos fases. A diferencia de los sistemas CPL ordinarios, la camara de estabilizacion-compensacion 3 esta dispuesta en el ACHTL para cada evaporador 2. La camara de estabilizacion-compensacion 3 esta conectada y montada en el evaporador 2 y conjuntamente con un esquema de control avanzado sirve para el suministro fiable de la bomba capilar primaria 4 con una cantidad suficiente de lfquido subenfriado en cualesquiera condiciones operativas, incluso en las transitorias mas desfavorables.

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El dispositivo ACHTL 1 incluye al menos un evaporador 2 (en la figura 1a y 1b dos evaporadores) incluyendo la bomba capilar primaria 4, al menos una camara de estabilizacion-compensacion termica 3, al menos un condensador 24, lmeas de lfquido y vapor 22 y 23, una sola camara de compensacion remota 20 incluyendo una estructura capilar 21, sensores de temperatura 27 instalados en todas las camaras de compensacion 3 y 22 del sistema, al menos un elemento de calentamiento 19 instalado en la camara de compensacion remota, y un controlador automatico 28. La camara de compensacion remota 20 esta conectada hidraulicamente con la camara de estabilizacion-compensacion termica 3 y el condensador 24 a traves de una lmea de alimentacion de lfquido 18 y una lmea de lfquido 22. La bomba capilar primaria 4 del evaporador 2 sirve para absorber el calor de la fuente de calor 11 (equipo que tiene que ser controlado termicamente), y para proporcionar circulacion continua de fluido/calor entre el evaporador 2 conectado con la fuente de calor 11 y el condensador 24, que esta montado en un sumidero de calor 25. La parte principal del calor absorbido se usa para evaporacion de fluido operativo. El vapor liberado fluye a traves de canales de extraccion de calor 6 y luego a traves de la lmea de vapor 23 hacia el condensador 24 donde el calor almacenado en la fase vapor es liberado al sumidero de calor 25 por condensacion. El flujo de vapor 13 es producido por gradientes de temperatura y presion correspondientes entre el evaporador 2 y el condensador 24. Una pequena parte de la entrada de calor total 11 puede llegaral nucleo central de la mecha de la bomba capilar primaria 4. Esta es una fuga parasita de calor 12 porque este calor degrada el rendimiento de conductancia de HTL y tiene que minimizarse. Una bomba capilar secundaria 5 esta situada dentro de la mecha de la bomba capilar primaria 4 y dentro de la camara de estabilizacion-compensacion termica 3 y sirve para distribuir y suministrar a la mecha de la bomba capilar primaria 4 lfquido para proporcionar circulacion intermitente de fluido/calor en regfmenes de operacion transitorios del ACHTL, incluyendo la extraccion de fugas parasitas de calor interno 12 a traves de canales de extraccion de burbujas de vapor 8 de la bomba capilar primaria 4 por conveccion y condensacion de las burbujas 10 generadas en la pared interior de la bomba 4.

La tolerancia del sistema ACHTL 1 a burbujas de vapor 10 que aparecen en el nucleo central de la mecha de la bomba capilar primaria 4 en regfmenes transitorios y la ausencia de dichas burbujas en regfmenes de operacion de estado de regimen del ACHTL esta asegurada por la presencia de la camara o camaras de estabilizacion compensacion 3 conjuntamente con un metodo de control avanzado de la temperatura. La fuga parasita de calor es minima si la ebullicion (y el flujo de burbujas 10, correspondiente a este proceso) no tiene lugar dentro de la bomba capilar primaria 4. En esta situacion, ACHTL tiene maximo rendimiento. Significa que solamente se presenta fase lfquido 15 en el nucleo central de la bomba capilar primaria 4, en la bomba capilar secundaria 5 y en la camara de estabilizacion-compensacion termica 3 en modo de estado de regimen de la operacion del dispositivo ACHTL 1. Sin embargo, en regfmenes transitorios cuando la potencia o/y la temperatura de la entrada de calor 11 del sumidero de calor 25 cambian rapidamente, a menudo es imposible evitar la generacion de burbujas 10. Entonces, las burbujas 10 pasan a la camara de estabilizacion - compensacion 3 donde se condensan. Esto solamente es posible si esta camara tiene una temperatura suficientemente baja durante todos los modos de operacion transitorios de ACHTL. El esquema y metodo de control avanzado garantizan la operacion apropiada del sistema en todos los regfmenes. El esquema de control consta de un controlador 28, sensores de temperatura 27 y un calentador 19 en la camara de compensacion remota 20. El controlador 28 controla el calentamiento de la camara de compensacion remota 20 de tal forma que la temperatura de la camara de compensacion remota Trcc siempre sea superior a la temperatura de cualesquiera camaras de estabilizacion-compensacion termica Tscc segun el algoritmo de control 30.

El dispositivo ACHTL 1 de la invencion puede ser de realizaciones del tipo de un solo evaporator-condensador o de multiples evaporadores (y/o condensadores). Para mejorar el rendimiento de ACHTL, puede instalarse una bomba 31 en la lmea de lfquido 22, como se representa en la figura 1b. El dispositivo ACHTL 1 de la invencion incluye los componentes siguientes:

- al menos un evaporador 2;

- una camara de compensacion remota 20 en una condicion bifasica para funciones de control de temperatura y para gestionar cambios de volumen de la fase lfquido. La presencia de una camara de compensacion remota 20 proporciona expansibilidad en realizaciones que tienen multiples evaporadores 2; en ese caso, no se necesitan las camaras de estabilizacion-compensacion 3 que tienen un volumen grande, puesto que pueden tener un volumen mmimo, suficiente para gestionar y asegurar la tolerancia de burbujas de vapor 10 en regfmenes transitorios;

- al menos un condensador 24;

- una lmea de vapor 23 y una lmea de lfquido 22;

- un esquema de control avanzado incluyendo sensores de temperatura 27 instalados en cada camara de compensacion 3, 20, un controlador 28 y un elemento de calentamiento 19 para la camara de compensacion remota 20.

Los numeros indicados en las figuras 1a-1b, 2 y 3a-3b indican lo siguiente:

1 - dispositivo de bucle de transferencia de calor de control avanzado;

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2 - evaporador;

3 - camara de estabilizacion-compensacion termica;

4 - bomba capilar primaria;

5 - bomba capilar secundaria;

6 - canales de extraccion de calor fuera de la mecha de la bomba capilar primaria;

7 - tubo de bayoneta;

8 - canales de extraccion de burbujas de vapor dentro de la mecha de la bomba capilar primaria;

9 - asiento de evaporador;

10 - burbujas de vapor en el nucleo central de la mecha de la bomba capilar primaria;

11 - flujo de entrada de calor;

12 - flujo de fuga de calor al nucleo central de la mecha de la bomba capilar primaria;

13 - direccion de flujo de vapor;

14 - direccion de flujo de lfquido;

15 - lfquido;

16 - vapor;

17 -frente de vapor-lfquido en la camara de compensacion remota;

18 - lmea de alimentacion de lfquido a/de la camara de compensacion remota;

19 - calentador en la camara de compensacion remota;

20 - camara de compensacion remota;

21 - estructura capilar dentro de la camara de compensacion remota;

22 - lmea de lfquido;

23 - lmea de vapor;

24 - asiento de condensador o chapa;

25 - sumidero de calor;

26 - flujo de salida de calor;

27 - sensor de temperatura;

28 - controlador analogico o digital;

29 - conductor electrico;

30 - algoritmo de control

31 - bomba

La explicacion del modelo ffsico del control avanzado se ilustra en las figuras 3a, 3b y 4a, 4b. Dado que el dispositivo de la invencion es un aparato de transferencia de calor de evaporacion-condensacion, opera en torno a la lmea de saturacion de vapor-lfquido SL. Dos ciclos termodinamicos cerrados de operacion de ACHTL se representan en los diagramas de presion (P) - temperatura (T) en las figuras 3a y 4a. Los puntos de 100 a 112 en los diagramas corresponden a algunos estados termodinamicos de fluido operativo en posiciones diferentes del

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ACHTL, como se representa en las figuras 3b y 4b. En la posicion (100) se evapora Ifquido de la superficie externa de la mecha de la bomba capilar primaria 4 y fluye a la salida del evaporador 2, recorrido (100-101). En este paso, puede tener lugar un cierto sobrecalentamiento de vapor. Despues de eso, fluye vapor a la lmea de vapor 23 (recorrido 101-102), manteniendose la temperatura del vapor en la lmea de vapor 3 casi constante (no hay intercambio termico con el ambiente) aunque la presion de vapor en la lmea 23 se reduce. En el condensador 24 (recorrido 102-103-104-105), el vapor se enfna a un estado de saturacion (102-103), despues se condensa (103104) y el lfquido condensado se subenfna mas (104-105). La presion se reduce mas en forma de lfquido al evaporador 2 (105-106-107) debido a perdidas de rozamiento en el conducto 22. Bajando por la lmea (105-106107), el lfquido puede mantener la temperatura constante, y puede enfriarse o calentarse (como se representa en el diagrama) dependiendo de las condiciones termicas del entorno de la lmea de lfquido 22. En la camara de compensacion remota 20, las fases de vapor 16 y lfquido 15 siempre se presentan en equilibrio y la temperatura de esta camara es el punto definitorio de todo el HTL dado que el ciclo completo depende de este punto (110). El flujo en la lmea 18 puede presentarse solamente en regfmenes transitorios, por lo tanto no hay cafda de presion entre los puntos (106) y (110). El lfquido subenfriado procedente del condensador 24 se calienta primero en la camara de estabilizacion - compensacion 3 (107-108) y posteriormente dentro del nucleo central de la mecha de la bomba capilar primaria 4 (108-109) absorbiendo la fuga parasita de calor 12. El lfquido pasa la lmea de saturacion dentro de la mecha (111) pero no puede hervir debido a as condiciones limitadas dentro de los microcapilares de mecha (las fuerzas de tension superficial evitan el crecimiento de burbujas). Desde el punto (111) a (112) el lfquido se supercalienta y la presion se reduce mas durante la filtracion a traves de la estructura porosa (109-111-112). El ciclo se cierra en la interfaz-menisco de vapor-lfquido donde tiene lugar evaporacion (112-100). El punto (112) corresponde a la fase lfquido justo debajo del menisco, correspondiendo el punto (100) a la fase vapor justo encima del menisco.

Como es claro por el diagrama de la figura 3a, un subenfriamiento insuficiente dara lugar a la reduccion de la diferencia de temperatura entre los puntos (107) y (112) y finalmente a una situacion en que los puntos (109) y (111) sean iguales. En este caso, el lfquido empezara a hervir dentro del nucleo central de mecha de la bomba capilar primaria 4, lo que dara lugar a un aumento repentino de fuga parasita de calor, a degradacion de conductancia termica del HTL y finalmente al secado de la mecha y a interrupcion de la circulacion de fluido (fallo de operacion del HTL). Asf, el subenfriamiento de lfquido (104-105) es el parametro fundamental para la operacion apropiada y estable de cualquier HTL.

Especialmente importantes para los regfmenes transitorios son los cambios rapidos grandes del sumidero de calor, la fuente de calor o las condiciones ambientales tales como la potencia de entrada de la fuente de calor, las temperaturas del condensador y ambiente o las condiciones de intercambio termico que pueden provocar el secado del o de los evaporadores debido a subenfriamiento insuficiente.

Para garantizar la operacion apropiada del HTL en todos los regfmenes se propone controlar la temperatura de la camara de compensacion remota 20 de tal forma que para todos los escenarios de operacion del ACHTL haya suficiente subenfriamiento de lfquido para compensar la fuga parasita de calor antes de que el punto (109) converja con el punto (111): secado. Como se representa en la figura 4a, el aumento de la diferencia de temperatura entre camaras remotas y de estabilizacion compensacion T110-T-i08= ATrcc-scc producira el aumento de la cafda de temperatura de subenfriamiento general T104-T-i06=ATsubcool. Las diferencias de temperatura necesarias pueden obtenerse por calentamiento de la camara de compensacion remota (figura 4a, entrada de calor 11 a la camara de compensacion remota 20). Debido a este calentamiento, el lfquido procedente de la camara de compensacion remota 20 es empujado al condensador 24 (el vapor se expande). Da lugar a una mayor longitud del recorrido de lfquido en el condensador y finalmente a un aumento de la tasa de subenfriamiento del lfquido.

Pueden identificarse los siguientes regfmenes transitorios de ACHTL:

1. Arranque. Este evento es muy estresante y menos predecible para el sistema dado que depende no solamente de las temperaturas iniciales de los elementos del ACHTL y la potencia aplicada al evaporador, sino tambien de la asignacion original de las fases vapor y lfquido dentro del AchTl.

2. Parada. En el caso de multiples evaporadores, el efecto del apagado de potencia del ACHTL para uno o varios evaporadores, manteniendo el resto de los evaporadores operando, puede dar lugar a repentinas redirecciones de los flujos de vapor y lfquido y a fuertes oscilaciones e incluso a secado del sistema.

3. Aumento de la potencia de entrada del evaporador

4. Disminucion de la potencia de entrada del evaporador

5. Aumento de la temperatura del condensador

6. Disminucion de la temperatura del condensador

7. Combinaciones de las condiciones 3-5, 3-6, 4-5, 4-6 para un ACHTL de un evaporador un condensador

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8. Multiples combinaciones de las condiciones 1-2-3-4-5-6 para ACHTL de multiples evaporadores y multiples condensadores

9. Cambio de las condiciones termicas medioambientales de las lmeas de transporte que tambien pueden combinarse con todos los casos 1-8 indicados anteriormente.

Cuanto mas complejo es el sistema, mas combinaciones son posibles, mas diffcil es predecir y probar el comportamiento del sistema en modo de operacion transitorio. La solucion es controlar activamente el comportamiento transitorio controlando la temperatura de la camara de compensacion remota segun las reglas siguientes:

imagen1

para un diseno de ACHTL de un evaporador

TRCC+ATcontrol—MOX(Tscci TscC2. ■•■TscCn)

para un diseno de ACHTL de multiples n-evaporadores

Este control suprimira todos los flujos inversos indeseados posibles y las oscilaciones que puedan producir fallo del sistema. La seleccion del parametro ATcontrol es realizado por modelado, considerando los escenarios transitorios mas estresantes de la operacion de ACHTL, tales como cambio maximo y rampa maxima de las potencias de entrada y de las temperaturas del condensador, orientacion en el campo de gravedad, condiciones termicas medioambientales de las lmeas de transporte, etc. Durante la campana de pruebas, el parametro ATcontrol puede ajustarse. Valores demasiado grandes de ATcontrol pueden dar lugar a degradacion indeseada del rendimiento de ACHTL (menor conductancia termica) en muchos regfmenes de operacion nominal y finalmente a sobredimensionamiento del sistema dado que el subenfriamiento es una funcion de las dimensiones del condensador: una subenfriamiento mas alto necesita una mayor area de condensador. Sin embargo, valores demasiado pequenos de ATcontrol pueden provocar fallo de ACHTL en modos transitorios. Tfpicamente, ATcontrol esta en el rango de 1-10°C. Para optimizar el rendimiento del sistema, puede usarse la variable ATcontrol como una funcion del modo operativo de ACHTL. Por ejemplo: antes del evento de arranque es deseable tener grandes diferencias de temperatura entre las camaras remotas y de estabilizacion compensacion (por ejemplo, 5°C), pero despues del arranque cuando todas las temperaturas se han estabilizado, es posible reducir ATcontrol (por ejemplo, 2°C) para aumentar el rendimiento del ACHTL y reducir el consumo de potencia del control activo.

El dispositivo ACHTL 1 puede contener varios evaporadores 2 y varios condensadores paralelos 24 aunque en las figuras 1a y 1b solamente se representan dos evaporadores y un condensador.

Se ofrece la oportunidad de que los evaporadores 2 puedan recoger la potencia de diferentes fuentes de calor, que podnan situarse una lejos de las otras gracias a la flexibilidad/adaptabilidad que proporciona el concepto de dispositivo ACHTL 1.

El diseno del volumen de la camara de estabilizacion-compensacion tiene que proporcionar la posibilidad de enfriar y condensar burbujas de vapor generadas por fuga parasita de calor 12 (la camara funciona como un acumulador fno, realizando una efectiva compensacion de la fuga de calor); suministrar el lfquido a la bomba capilar primaria 4 (la camara funciona como un acumulador de lfquido, realizando la compensacion de flujo reducido de lfquido desde el condensador antes de que el flujo se desarrolle y estabilice por completo) en los peores modos transitorios de operacion del ACHTL.

Una camara de compensacion remota 20 (comun para todos los evaporadores 2 de la opcion de multiples evaporadores) incluida en el diseno propuesto sirve para acumular lfquido y para compensar los cambios de volumen de lfquido durante la operacion del dispositivo ACHTL 1. Este deposito grande ayuda a evitar la obligacion de disenar una camara de compensacion de volumen grande para los evaporadores individuales en la opcion de multiples evaporadores. Por lo tanto, esta configuracion permite tener un diseno escalable que puede montarse mas facilmente en el numero de evaporadores requerido y los requisitos espedficos de cada aplicacion, porque los evaporadores tendran el mismo diseno independientemente del diseno y el volumen de las lmeas 18, 22, 23, los condensadores 24, el numero total de evaporadores, etc. Solamente el volumen de la camara de compensacion remota 20 tiene que ajustarse para cada diseno espedfico de ACHTL.

El control avanzado de la temperatura de la camara de compensacion remota 20 puede realizarse de formas diferentes, dependiendo de los requisitos de cada aplicacion con la ayuda de:

- un calentador colocado en la superficie externa de la camara de compensacion remota (calentador del tipo de peKcula)

5 - un calentador integrado en la camara de compensacion remota (calentador del tipo de cartucho)

- un refrigerador electrico termico colocado en la superficie externa de la camara de compensacion remota con la opcion de calentamiento o enfriamiento por un cambio de polaridad de voltaje

10 Aunque la presente invencion se ha descrito plenamente en conexion con realizaciones preferidas, es evidente que pueden introducirse modificaciones dentro de su alcance, que no se ha de considerar limitado por estas realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

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REIVINDICACIONES

1. Aparato de bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico, usando un fluido bifasico como un medio de trabajo e incluyendo:

- al menos un evaporador (2) a conectar con una fuente de calor e incluyendo una bomba capilar primaria (4), una camara de estabilizacion-compensacion termica (3) que esta montada en el al menos unico evaporador (2),

- al menos un condensador (24) a conectar con un sumidero de calor,

- lmeas de lfquido (22) y lmeas de vapor (23) que conectan el al menos unico evaporador (2) y el al menos unico condensador (24),

- una camara de compensacion remota (20),

- sensores de temperatura (27) para detectar la temperatura de la camara de compensacion remota (20),

- al menos un elemento de calentamiento (19) para calentar la camara de compensacion remota (20), y

- un controlador (28),

caracterizado porque tambien incluye sensores de temperatura para detectar la temperatura en la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) y porque el controlador (28) esta configurado para supervisar las temperaturas detectadas por los sensores (27) y para controlar el elemento de calentamiento (l9) de tal manera que el valor de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) sea positivo.
2. Bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico segun la reivindicacion 1, donde el valor positivo de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) es un valor fijo.
3. Bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico segun la reivindicacion 1, donde el valor positivo de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) es un valor variable segun una funcion de los modos de operacion del bucle de transferencia de calor de control avanzado (1).
4. Bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el controlador (28) esta configurado para proporcionar una estabilizacion de la temperatura de la fuente de calor (11) a un valor fijo por encima de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2).
5. Bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico segun alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la bomba capilar primaria (4) esta conectada a la camara de estabilizacion-compensacion termica por medio de una bomba capilar secundaria (5) que proporciona una operacion independiente del campo de gravedad del evaporador (2).
6. Bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico, segun alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la bomba capilar primaria (4) incluye canales de vapor exteriores (6) para recoger y quitar calor de un equipo enfriado y canales de vapor interiores (8) para recoger y quitar burbujas de vapor (10) producidas por fuga parasita de calor (12) que penetra a traves de la bomba capilar primaria (4).
7. Bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la camara de compensacion remota (20) incluye una estructura capilar interna (21) para asegurar la presencia continua de la fase lfquido en la entrada de la lmea de alimentacion de lfquido (18) a la camara de compensacion remota (20).
8. Bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones de transferencia de calor y control termico segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incluyendo ademas una bomba de lfquido (31) en la lmea de lfquido (22).
9. Un metodo para operar un aparato de bucle de transferencia de calor de control avanzado (1) para aplicaciones

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de transferencia de calor y control termico, usando el aparato (1) un fluido bifasico como un medio de trabajo e incluyendo:

- al menos un evaporador (2) a conectar con una fuente de calor e incluyendo una bomba capilar primaria (4), estando montada una camara de estabilizacion-compensacion termica (3) en el al menos unico evaporador (2),

- al menos un condensador (24) a conectar con un sumidero de calor,

- lmeas de lfquido (22) y lmeas de vapor (23) que conectan el al menos unico evaporador (2) y el al menos unico condensador (24),

- una camara de compensacion remota (20),

- al menos un elemento de calentamiento (19) para calentar la camara de compensacion remota (20), y

- un controlador (28),

caracterizado porque las temperaturas de la camara de compensacion remota (20) y en la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) son detectadas y supervisadas y el elemento de calentamiento (19) es controlado de tal forma que el valor de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion- compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) sea positivo.
10. El metodo segun la reivindicacion 9, donde el valor positivo de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) es un valor fijo.
11. El metodo segun la reivindicacion 9, donde el valor positivo de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2) es un valor variable segun una funcion de los modos de operacion del bucle de transferencia de calor de control avanzado (1).
12. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde se facilita la estabilizacion de la temperatura de la fuente de calor (11) a un valor fijo por encima de la diferencia ATcontrol entre la temperatura de la camara de compensacion remota (20) y la temperatura de la camara de estabilizacion-compensacion termica (3) montada en el al menos unico evaporador (2).