EP2724108A2 - Systeme de gestion thermique a materiau a volume variable - Google Patents

Systeme de gestion thermique a materiau a volume variable

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EP2724108A2
EP2724108A2 EP12728606.0A EP12728606A EP2724108A2 EP 2724108 A2 EP2724108 A2 EP 2724108A2 EP 12728606 A EP12728606 A EP 12728606A EP 2724108 A2 EP2724108 A2 EP 2724108A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermal
management system
thermal management
conductor
variable volume
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12728606.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Dellea
Philippe Coronel
Jérôme GAVILLET
Emmanuel OLLIER
Helga SZAMBOLICS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2724108A2 publication Critical patent/EP2724108A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/02—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature
    • G05D23/028—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature with fusing sensing element
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
    • H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
    • H10W40/735—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state by melting or evaporation of solids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F2013/005—Thermal joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F2013/005—Thermal joints
    • F28F2013/008—Variable conductance materials; Thermal switches

Definitions

  • the present invention relates to a thermal management system for controlling the transfer of heat flow from a hot source to a cold source.
  • medium-power transistors are also present in electronic systems in SMD (Surface Mounted Components) boxes whose dissipated power for an isolated transistor reaches a watt.
  • SMD Surface Mounted Components
  • a thyristor can generate a flux of the order of 100 to 200 W / cm 2 .
  • Some power electronics for military applications can provide heat fluxes of the order of 300 W / cm 2 and systems employing laser diodes up to 500 W / cm 2 .
  • a non-uniform distribution of these Heat flow on an electronic board can result in zones with a heat flux up to five times higher than the average heat flux on the PCB ( ⁇ 30W / cm 2 ).
  • passive radiators formed of fins of thermal conductive material that transfer the heat emitted by the active components to the ambient air.
  • radiators There are also active radiators, these are radiators fitted with fans, the fan being located above the radiator to facilitate the extraction of heat.
  • Phase change materials have also been considered for passive cooling of electrical and electronic components.
  • Heat pipes and microcaloducts are also effective.
  • Microchannels have also been envisaged to extract heat from electronic components.
  • a pump is used which can cause disturbances and noise.
  • Thermal management in the field of electronics is therefore particularly critical, especially as the systems embark more and more features in a volume increasingly reduced.
  • the object of the present invention is to provide a thermal management system simple and robust operation heat flow, able to guide the flow of heat, for example in view of its evacuation.
  • a thermal management system comprising means able to put in thermal communication two thermal conductors or to interrupt this communication, these means comprising a variable volume material under the effect of a temperature variation.
  • the heating of the variable volume material can be obtained for example either by one of the conductors or by an additional thermal conductor forming thermal control means. Management of the heat transfer between the two conductors can then be done automatically and very safely.
  • the thermal management system can then form a thermal switch based on volume expansion material, this switch ensuring in a closed state the thermal conduction between the two conductors.
  • the heat flux transmitted from one conductor to the other may vary gradually.
  • the thermal management system can "drive" the thermal conduction between two conductors by a heat flow from a third conductor, in this case, it can be likened to a "thermal transistor".
  • the volume expansion material may have other physical properties such as electrical conduction, the management system then has dual function, thermal and electrical.
  • the material used is a solid-liquid phase change material.
  • the subject of the present invention is therefore a thermal management system intended to be mounted between at least one hot source and at least one cold source, comprising a first and a second thermal conductor, a thermal switch capable of thermally or non-thermally connecting the first and second heat conductors.
  • second thermal conductors said thermal switch comprising at least one thermal conductive material whose volume varies according to an input of thermal energy, said material being able to connect the first and second conductors by varying its volume, said thermal switch having control means for supplying thermal energy to the variable volume material to change the connection state.
  • the thermal management system may comprise at least three thermal conductors, the switch being able to put in thermal connection the at least three thermal conductors.
  • the thermal management system can be distributed in several planes.
  • control means are formed by the first conductor, said first conductor being permanently in contact with the variable volume material and being intended to be connected to the at least one hot source.
  • control means is formed by an additional thermal conductor, wherein the first and second conductors are not in contact with the variable volume material in an off-line state.
  • control means are formed directly by the external environment, the thermal energy being supplied to the material by convection.
  • the first and second conductors have ends intended to be in contact with the variable volume material, said end of the first and / or second conductor having a shape ensuring a progressive contact between said end and the variable volume material as the volume of the variable volume material changes.
  • the thermal management system comprises means for promoting the return of the variable volume material in a predetermined zone in which the thermal disconnection between the first and the second conductor is provided, called the disconnection zone.
  • the thermal management system may comprise a substrate in or on which the thermal conductors are formed and wherein the switch comprises a cavity formed in the substrate and containing the variable volume material, the thermal conductors penetrating into said cavity.
  • the cavity comprises at least one inclined side wall favoring the return of the variable volume material in a so-called offline area, said at least one inclined surface forming the means facilitating the return of the variable volume material to the offline area.
  • the cavity may have a flared shape, for example in the inverted pyramid form.
  • the two thermal conductors are formed on the surface of the substrate, the end of the first conductor penetrating the cavity more deeply than that of the second conductor (and in which the variable volume material is in contact only with the the end of the first driver in an offline state.
  • the first conductor is located in the substrate and its end opens into a bottom of the cavity and the second conductor is formed on the substrate.
  • the cavity can be sealed by a hood.
  • variable volume material is a material having a phase change.
  • the material may exhibit a solid-liquid phase change in the temperature range to be managed by the system.
  • the material having a phase change comprises particles improving its thermal conductivity.
  • variable volume material may be a monophasic material, for example liquid, for example mercury.
  • variable volume material is functionalized so that it has a given electrical conductivity, a sensitivity to magnetic fields or is the site of a phenomenon of photoluminescence.
  • the substrate may be of a low thermal conductivity material.
  • it is a thermal insulating material such as a polymer, glass or a ceramic.
  • the substrate is a surface-insulated heat-conducting material such as, for example, a silicon substrate provided with an oxide layer on the face, on which the first and second thermal conductors are formed.
  • the thermal conductors are metallic like for example gold, copper or aluminum.
  • the present invention also relates to a thermal management assembly comprising at least two systems according to the present invention, wherein the switch of one of the systems is controlled by the first system.
  • the control can be provided by the temperature of the variable volume material of the switch of the first system, or that of the hot source or that of the cold source.
  • variable volume material of the first system may be different from that of the second system.
  • the present invention also relates to an electronic device comprising at least one thermal management system according to the present invention and / or at least one thermal management assembly according to the present invention.
  • the hot source is for example formed by at least one electronic component and the at least one cold source is for example formed by a heat exchanger, for example a radiator and / or a circulation of air, and / or at least one microcaloduct and / or or a phase change material and / or microchannels and / or means employing convective boiling and / or thermoelectric materials.
  • a heat exchanger for example a radiator and / or a circulation of air, and / or at least one microcaloduct and / or or a phase change material and / or microchannels and / or means employing convective boiling and / or thermoelectric materials.
  • FIG. 1A is a schematic representation of an embodiment of a thermal management system according to the present in a thermal offline state
  • FIG. 1B is a schematic representation of the thermal management system of FIG. 1A in a thermal connection state
  • FIG. 2A is a schematic representation of a thermal management system forming a progressive thermal connection
  • FIGS. 2B to 2E schematically represent alternative embodiments of systems providing variable heat transfer
  • FIG. 3A is a schematic representation of an embodiment of a thermal management system comprising separate control means, in a thermal offline state,
  • FIG. 3B is a schematic representation of the thermal management system of FIG. 3A in a thermal connection state
  • FIG. 4A is a schematic representation of an embodiment of a thermal management system by the external environment, in a thermal offline state
  • FIG. 4B is a schematic representation of the thermal management system of FIG. 4A in a thermal connection state
  • FIGS. 5A and 5B are diagrammatic representations of alternative embodiments of the thermal management system according to the invention.
  • FIGS. 6A and 6B are schematic representations of a thermal system in several planes in a thermal off-state and in a thermal connection state respectively,
  • FIG. 7 is a schematic representation of an architecture comprising several interconnected thermal management systems
  • FIG. 8A is a perspective view of an exemplary practical embodiment of a thermal management system according to the invention.
  • FIG. 8B is a section of the system of FIG. 8A comprising the thermal conductive fluid
  • FIG. 8C is a view similar to that of FIG. 8B provided with encapsulation means
  • FIG. 9 is a graphical representation of the variation in height in ym of a phase change material and of the temperature difference in FIG. ° C applied as a function of the volume increase in% of the phase change material in the system of Figure 8A,
  • Figure 10 is a perspective view of an alternative embodiment of the system of Figure 8A. DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
  • FIGS. 1A and 1B we can see a first embodiment of a thermal management system according to the invention comprising a first thermal conductor 2 and a second thermal conductor 4 capable of being connected by a thermal switch 6.
  • the first conductor 2 is connected by a first end 2.1 to a hot source SC and a second end 2.2 to the switch 6, and the second thermal conductor 4 is connected by a first end 4.1 to the switch 6 and by a second end 4.2 to a cold source SF.
  • the hot source SC is for example formed by a power transistor, a laser diode, an integrated circuit ..., and a cold source SF is for example formed by a passive radiator, an active radiator ...
  • the system is made in a substrate 8.
  • the thermal conductors 2, 4 are for example made in the form of metal tracks on the surface of the substrate 8.
  • the conductors may be formed by wires and buried.
  • the substrate has a low thermal conductivity typically less than 5 W / ° Km, for example glass or polymer.
  • the conductors 2, 4 may be generated by surface oxidation to obtain a silicon dioxide layer.
  • the switch 6 comprises a chamber 10 containing a material 12 whose volume increases when it is heated.
  • the material ensures beyond a given temperature, called the critical temperature T c , the thermal connection between the first and the second conductor.
  • the heat transfer material partially fills the chamber 10, at least when it does not thermally connect the two thermal conductors.
  • variable volume material will be designated "heat transfer material” in the following description. It may be a monophasic material, for example a liquid material regardless of the operating temperature of the system such as mercury. In this case, its volume increases with the temperature and becomes sufficient, when the temperature reaches T c , to be in contact with the two conductors.
  • phase change materials can be materials generally referred to as "phase change materials", but also any materials having a solid / liquid transition may also be used.
  • the second end 2.2 of the first conductor 2 enters the chamber 10 and the first end 4.1 of the second conductor 4 also enters the chamber 10 so that the conductors 2, 4 can come into contact with the heat transfer material 12 and are effectively connected thermally between them by this one beyond the critical temperature.
  • the switch 6 comprises means for ensuring that the heat transfer material is again only in contact with the second end of the first conductor when the temperature drops below the critical temperature. These means will be described later.
  • the heat transfer material 12 is in contact with the first conductor 2 connected to the hot source SC, the heat-transfer material 12 is therefore connected to the hot source SC and see any temperature variation of the hot source SC.
  • T c critical temperature
  • the volume of the heat transfer material 12 is sufficient to come into contact with the first end 4.1 of the second conductor 4.
  • the thermal connection between the two conductors 2, 4 is then established ( Figure 1B), and heat flow is transferred from the hot source SC to the cold source SF.
  • the heat is then removed, and the hot source SC is cooled.
  • the change in volume may be of the order of 10%.
  • the required volume variation depends on the properties of the variable volume material. The size of the chamber and the dimensions of the conductors are chosen accordingly.
  • the switch 6 is therefore controlled directly by the heat emitted by the hot source SC.
  • Figure 2A we can see a schematic representation of the different stages of the change in volume of the heat transfer material represented by dashed lines 12.1.
  • Figure 2A shows the gradual increase in the volume of heat transfer material.
  • the recovery of the first end 4.1 of the second conductor 2 by the heat transfer material 12 is progressive. Since the heat transfer is directly proportional to the contact surface, the transmitted heat flux also increases progressively. Therefore switch 6 forms a transfer variation thermal.
  • This progressivity of the transfer is a function, in particular, of the dimension of the first end 4.1 of the second conductor 4 penetrating into the chamber 10 and being able to be surrounded by the heat transfer material 12. In fact, the shorter this length, the sooner the first end is completely rapidly covered. Thus, it is possible to adjust the progressivity of the thermal connection. This progressivity may allow a certain level of regulation within the system.
  • the geometry and volume of the chamber and the confinement it generates, the amount of variable volume material, the distance between the conductors, the choice of material and the surface states to define the surface wettability and define the dynamics of the progress of the liquid front allow to adjust the responsiveness of the switch. For example, by promoting a small chamber volume, a short distance between the conductors, a wetting surface condition to promote heat transfer, and a fast phase transition of the phase change material, it is possible to obtain a reactive device. .
  • the first end 4.1 of the second conductor 4 has an oblique face 14 with respect to the advanced front of the heat-transfer material 12.
  • the contact between the heat-transfer material 12 and the first end 4.1 is made gradually, as can be seen in Figure 2C.
  • the end 4.1 of the conductor 4 is provided with fingers 16, so that the contact between the heat-transfer material 12 and the first end 4.1 is even more progressive.
  • the heat transfer material 12 firstly comes into contact with the longest finger 16.1, then with a second finger 16.2, simultaneously it covers the first finger 16.1 and so on until it covers all the fingers 16 and reaches a surface maximum thermal connection.
  • the first end of the second conductor has a larger section than the rest of the driver, but this is in no way limiting.
  • FIGS. 3A and 3B another embodiment of a thermal management system in which the switch is controlled by a heat source other than the hot source can be seen.
  • the system comprises a third thermal conductor 18, one end of which penetrates into the chamber 10 and another end of which is connected to a source of heat.
  • the heat transfer material 12 is, when the temperature is below the critical temperature only in contact with the third conductor 18.
  • the third conductor 18 is located between the two ends 2.2, 4.1 of the first 2 and second 4 drivers.
  • the volume of the heat transfer material 12 is sufficient to bring the ends 2.2, 4.1 of the first 2 and second 4 conductors into contact, providing the thermal connection between the two conductors 2, 4.
  • the volume of the heat transfer material 12 is such that it is no longer in contact with any of the first and second conductors. It resumes its initial position, the thermal connection is interrupted.
  • the volume variation of the heat transfer material takes place in this case in two opposite directions.
  • the temperature of the third conductor 18 may be imposed by another thermal management system as we will see later.
  • the third conductor may be disposed opposite the two thermal conductors.
  • FIGS. 4A and 4B another embodiment can be seen in which the thermal connection is controlled by the overall temperature of the device on which the system is installed.
  • the chamber 10 is subjected to the external temperature imposed by the entire device that it is desired to cool, the heat exchange is by natural convection through the wall of the chamber 10.
  • T c a temperature critical temperature
  • the heat transfer material is confined between the ends of the two conductors 2, 4 without contact with them.
  • T c the volume of the heat transfer material 12 is sufficient to thermally connect the two conductors 2, 4.
  • the material of the wall of the chamber 10 is such that it promotes natural convection.
  • FIGS. 5A and 5B alternative embodiments of the thermal switch according to the invention can be seen.
  • the switch makes it possible to connect four conductors 2, 4, 4 ', 4' ', in this case the connection is controlled by the hot source as for the system of FIG. 1A.
  • the switch makes it possible to connect three thermal conductors 2, 4, 4 ', the connection control being done by an independent conductor 18 of the hot source SC as in the example of FIG. 5B.
  • FIGS. 6A and 6B an example of a thermal management system can be seen in several planes.
  • the system comprises a first system similar to that of Figure 1A comprising a hot source SC, a first conductor 402 connected to the hot source SC, a second conductor 404 connected to a first cold source SF1 and a switch 406 for connecting the two conductors 402, 404, on which is superimposed a substrate 408 having a thermal conductor 422 through the substrate 408 forming a thermal via, a conductor 424 deposited on the substrate 408 and a second cold source SF2.
  • the thermal via 422 opening above the switch 406 in the upper wall has an opening to allow the contacting of the heat transfer material with the thermal via 422.
  • the switch 406 is controlled directly by the hot source SC.
  • the volume of the heat transfer material provides the thermal connection between the first 402 and the second conductor 404 and thus the hot source SC with the first cold source SFl.
  • the heat accumulated in the heat-transfer material increases, its volume increases until it reaches the upper wall of the switch 406 and comes into contact with the thermal via 422.
  • the hot source SC is then connected to the first SF1 and to the second heat sink SF2.
  • the volume variation is in two orthogonal directions.
  • variable volume material 12 is a solid-liquid phase change material
  • the thermal connection between the hot source SC and the first cold source SF1 is established while only a part of the material 12 is in the liquid state.
  • the connection with the second heat source SC2 is established after an additional portion of the material is passed to the liquid state.
  • the switch 406 detects it and provides a connection with a second cold source to increase the heat flux extracted from the hot source.
  • one or more hot springs are connected to several cold sources by means of systems according to the present invention.
  • the architecture of FIG. 7 comprises a system S1 similar to that of FIG. 1A, a management system S2 similar to that of FIG. 3A and a third management system S3 combining management systems of FIGS. 1A and 3A.
  • the first system SI comprises a first conductor 102 connected to a first heat source SCI, a second conductor 104 connected to a first cold source SF1, a switch 106 controlled directly by the temperature of the hot source SCI.
  • the second system S2 comprises a first conductor 202 connected to a second heat source SC2, a second conductor 204 connected to a second cold source SF2, and a switch 206.
  • a third conductor 218 controls the switching of the second connector 206, the third conductor 218 being at the temperature of the first switch 106 and therefore at the critical temperature of the first system SI.
  • the third system S3 comprises a first conductor 302 connected to a third hot source SC3 and a second conductor 304 connected to a third cold source SF3 through the switch 306 ', the first 302 and second 304 conductors being able to be connected by a third switch 306 directly controlled by the temperature of the hot source SC3.
  • the third system S3 also comprises a fourth switch 306 'controlled by a conductor 318 connected to the second cold source SF2.
  • the third system also comprises a conductor 320 connecting the fourth switch 306 'to the third cold source SF3.
  • the heat transfer material of the first switch 206 contacts the first and second conductors 102, 104, the thermal connection between the first hot and cold sources is established.
  • the third conductor 218 of the second system S2 is covered by the heat transfer material of the first switch 106 of the first system SI, it is then at the critical temperature T c .
  • the volume of the heat transfer material of the second switch 206 increases to establish the thermal connection between the second hot sources SC2 and cold SF2. In the configuration shown, the material of the first switch 106 will reach the third conductor 218 before reaching the second conductor 104.
  • the thermal connection between the third heat source SC3 and the third cold source SF3 is controlled by the switch 306 which is controlled directly by the third heat source SC3 and the switch 306 'which is controlled by the second heat sink SF2.
  • the third hot source SC3 will initially be in contact with the second cold source SF2 and then in contact with the second and third cold sources SF2 and SF3 if the heat flow is sufficient.
  • each of the systems may comprise a heat transfer material different from other systems adapted for example to the critical temperature of each system.
  • FIGS. 8A to 8C there can be seen a perspective view of an exemplary embodiment of a thermal management system according to the present system such as that of FIG. 1A.
  • a cavity 26 forming the chamber 10 of the switch 6 is formed in the substrate 8, and first and second 4 conductors are made on the upper face 8.1 of the substrate 8.
  • the first conductor 2 has an end 2.2 penetrating the cavity 26 more deeply than the end 4.1 of the second conductor 4, so that the first conductor 2 is in contact with the heat-transfer material when the latter is not expanded.
  • the cavity 26 has a shape such that it promotes the return of the heat transfer material to its offline location.
  • the cavity 26 has a first portion 26.1 deeper shaped rectangular parallelepiped and a second portion 26.2 opening on the surface of the substrate 8; the second part has two opposite inclined faces 28 opening towards the upper surface.
  • the surfaces of the cavity may advantageously undergo a treatment facilitating the "dewetting" of the material during the reduction of the volume of the material, which improves its return to a state of disconnection of the system.
  • the parallelepipedal shape of the bottom of the cavity is in no way limiting and it could have an inclined shape, cylindrical or rounded ....
  • the first conductor 2 extends the entire length of one side 28 of the second portion 26.2 while the second conductor 4 extends over only a portion of a side 28 opposite to that on which the first conductor 2 is located.
  • the heat transfer material fills the first portion 26.1 and the bottom of the second portion 26.2 so as to be in contact with the first conductor 2, as can be seen in Figure 1C.
  • the switch is controlled directly by the hot source.
  • T c critical temperature
  • the volume of the heat transfer material has decreased so that it is no longer in contact with the second conductor 4.
  • the flared shape of the second portion 26.1 of the cavity 26 ensures the return to its disconnected position of the heat transfer material.
  • the cavity has inclined walls over its entire height.
  • the cavity 26 could have a frustoconical shape.
  • the shape of Figure 8A presents the advantage of being able to make planar conductors on the edges of the second part of the cavity.
  • FIG. 10 we can see another embodiment of a switch in which the second portion of the cavity has an inverted pyramid shape.
  • the first conductor 2 is made in the substrate 8 and opens into the bottom of the cavity 26 and the second conductor 4 is similar to that of Figure 8A. However, it extends more deeply than the second conductor 4 of FIG. 8A, since the quantity of heat-transfer material can be reduced, the contact with the first conductor 2 being ensured in the bottom of the cavity 26.
  • the cavity 26 has at least one inclined edge.
  • the system can also be encapsulated as shown in FIG. 8C.
  • the system of FIG. 8C has a cover 30 sealing the cavity 26 thus making the use of the device very convenient and easy.
  • the cover 30, for example made of glass or metal, is for example fixed in a sealed manner on the substrate 8 by a bead of glue.
  • the surface of the phase change material is in contact with the ambient air with which it exchanges heat only by natural convection.
  • the melting of the phase change material begins. This fusion absorbs energy in latent form. Natural convection currents gradually take place in the liquid phase change material.
  • a phase change material formed of pure paraffin wax and highly conductive graphite nanoparticles Some compositions carry the thermal conductivity of the phase change material at a value around the unit (SI) [0]. After starting natural convection in the liquid phase change material, the melting process is driven by natural convection.
  • phase change material passing into the liquid phase increases in volume and comes into contact with the second conductor 4.
  • phase-change material loaded in graphical nanoparticles whose characteristics are:
  • T pc Phase change temperature
  • the heat transfer material is, for example, a phase change material.
  • Phase change materials have the advantage of being available in wide temperature ranges.
  • Phase change materials have the particularity of being able to store energy in the form of latent heat. The heat being absorbed or restored during the transition from the solid state to the liquid state and vice versa.
  • Phase change materials having a solid-liquid transition in the temperature range of interest are preferably selected. Phase change materials having a solid-liquid transition in the temperature range considered can be envisaged however, the transformation is generally very slow, which can be detrimental to the reactivity of the system.
  • phase change materials liquefy by absorbing heat from the ambient atmosphere and return it when the temperature drops.
  • paraffins such as eicosane, docosane and tricosane or other inorganic materials such as salts, salt hydrates or metal hydrides may be chosen. Paraffins have the advantage of being thermally stable and inexpensive. On the other hand, they have a relatively low thermal conductivity. Paraffins associated with heat conducting elements capable of efficiently transferring heat into and out of the material can also be used. These elements can be heat sinks, partitions, fins, graphite nanofibers, metal foams, conductive particles in dispersion, micro-encapsulations of phase-change material, carbon nanotubes whose supposed thermal conductivity is very high.
  • the substrate 8 preferably has a low thermal conductivity in order to limit the heat leakage from the thermal conductors 2, 4.
  • the substrate may be made of a polymer material such as epoxy or in a ceramic. It is also possible to consider silicon which is used for the manufacture of electronic components. Given its relatively high thermal conductivity, a barrier thermal layer such as an oxide layer SiO 2 will be formed on the upper face of the substrate carrying the conductors.
  • the epoxy has a thermal conductivity of 0.25 Wm -1 .K -1 .
  • Ceramics have a thermal conductivity of the order of 0.49 Wm ⁇ . K ⁇ .
  • Silicon has a thermal conductivity of 149 Wm -1 .K _1 and silicon oxide has a thermal conductivity of some Watt .m -1 .K -1.
  • the structuring of the substrate is obtained by techniques widely known to those skilled in the art: molding, machining; in the case of silicon, these are microelectronics techniques: wet etching, dry etching, electrochemical etching, etc.
  • the conductors it can be made by photolithography.
  • the conductors are for example made of aluminum of thermal conductivity equal to 237 Wm _1 .K _1 , gold of thermal conductivity equal to 317 Wm ⁇ .K -1 or copper of thermal conductivity equal to 390 Wm ⁇ .K "1 .
  • the system can then form an electrical switch and / or optical and / or magnetic.
  • the thermal management system forms a thermal switch controlling the passage or not of a heat flow. Switching can be performed automatically and provide thermal regulation between the hot source and the cold source autonomously. It can also form a thermal regulator, since the gradual variation of the volume of the heat-transfer material makes it possible to regulate heat flow transfers.
  • variable volume heat transfer elements store the heat, they therefore form a buffer in the progression of heat flow. They thus form thermal sinks.

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Abstract

Système de gestion thermique destiné à être monté entre une source chaude (SC) et une source froide (SC) comportant un premier (2) et un deuxième (4) conducteur thermique, un commutateur thermique (6) apte à connecter thermiquement ou non les premier (2) et deuxième (4) conducteurs thermiques, ledit commutateur thermique (6) comportant au moins un matériau à changement de phase (12), ledit matériau (12) étant apte à connecter le premier (2) et deuxième (4) conducteur par variation de son volume, ledit commutateur thermique (6) comportant des moyens de commande destinés à apporter l'énergie thermique au matériau (12) à changement de phase pour changer l'état de connexion. La connexion est établie lorsque la source chaude (SC) dépasse une température critique, la connexion permettant l'établissement d'un flux de chaleur entre la source chaude (SC) et la source froide (SF).

Description

SYSTEME DE GESTION THERMIQUE A MATERIAU A
VOLUME VARIABLE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un système de gestion thermique destiné à contrôler le transfert d'un flux de chaleur d'une source chaude vers une source froide.
Dans le domaine de l'électronique, les évolutions rapides, liées en particulier à l'accroissement des densités de puissances et des vitesses de fonctionnement, font de la gestion thermique, par le biais de la dissipation, un paramètre dimensionnant dans la conception des systèmes électroniques. La contrainte thermique a une influence directe sur les performances, la fiabilité et le coût d'un système électronique.
Outre des transistors à petits signaux et des circuits intégrés, on trouve désormais dans les systèmes électroniques aussi des transistors de moyenne puissance dans des boîtiers de type CMS (Composants Montés en Surface) dont les puissances dissipées pour un transistor isolé atteignent le watt. En termes de flux de chaleur, un thyristor peut générer un flux de l'ordre de 100 à 200 W/cm2. Certains composants électroniques de puissance pour applications militaires peuvent fournir des flux de chaleur de l'ordre de 300 W/cm2 et les systèmes employant des diodes laser jusqu'à 500 W/cm2. Une distribution non uniforme de ces flux de chaleur sur une carte électronique peut entraîner la présence de zones comportant un flux de chaleur jusqu'à cinq fois plus élevé que le flux de chaleur moyen présent sur la carte électronique (~30W/cm2) .
Une récente étude de l'US Air Force a conclu que près de 55% des défaillances dans les systèmes électroniques sont dues à des problèmes thermiques .
La gestion et l'évacuation de la chaleur sont donc des problèmes cruciaux pour maintenir la température de chaque élément à sa température nominale de fonctionnement qui varie suivant les domaines d ' application
Plusieurs techniques existent pour évacuer la chaleur des systèmes électroniques.
Il existe les radiateurs passifs formés d'ailettes en matériau conducteur thermique qui transfèrent la chaleur émise par les composants actifs vers l'air ambiant.
Il existe également les radiateurs actifs, il s'agit de radiateurs munis de ventilateurs, le ventilateur étant situé au-dessus du radiateur pour faciliter l'extraction de la chaleur.
Les ventilateurs sont également couramment utilisés par exemple sur l'ensemble du boîtier du dispositif électronique. L'air est alors mis en convection forcée augmentant de manière importante les coefficients d'échanges thermiques.
Une circulation interne d'un fluide par exemple au moyen d'une pompe peut également être envisagée. Les matériaux à changement de phase ont également été envisagés pour le refroidissement passif de composants électriques et électroniques. Les caloducs et microcaloducs sont également efficaces. Des microcanaux ont aussi été envisagés pour extraire la chaleur de composants électroniques. Cependant une pompe est utilisée qui peut engendrer des perturbations et des nuisances sonores.
La gestion thermique dans le domaine de l'électronique est donc particulièrement critique, d'autant plus que les systèmes embarquent de plus en plus de fonctionnalités dans un volume de plus en plus réduit .
EXPOSÉ DE L' INVENTION Le but de la présente invention est d'offrir un système de gestion thermique du flux de chaleur de fonctionnement simple et robuste, apte à guider le flux de chaleur, par exemple en vue de son évacuation .
Le but précédemment énoncé est atteint par un système de gestion thermique comportant des moyens aptes à mettre en communication thermique deux conducteurs thermique ou à interrompre cette communication, ces moyens comportant un matériau à volume variable sous l'effet d'une variation de température. L ' échauffement du matériau à volume variable peut être obtenu par exemple soit par l'un des conducteurs soit par un conducteur thermique supplémentaire formant moyens de commande thermique. La gestion du transfert thermique entre les deux conducteurs peut alors se faire de manière automatique et très sûre.
Dans un mode de réalisation, le système de gestion thermique selon 1 ' invention peut alors former un interrupteur thermique à base de matériau à dilatation volumique, cet interrupteur assurant dans un état fermé la conduction thermique entre les deux conducteurs. Le flux thermique transmis d'un conducteur à l'autre peut varier de manière progressive. Dans un autre mode de réalisation, le système de gestion thermique peut «piloter» la conduction thermique entre 2 conducteurs par un flux de chaleur provenant d'un troisième conducteur, dans ce cas là, il peut être assimilé à un «transistor thermique». Dans une variante, le matériau à dilatation volumique peut avoir d'autres propriétés physique comme par exemple la conduction électrique, le système de gestion a alors double fonction, thermique et électrique.
Par exemple, le matériau mis en œuvre est un matériau à changement de phase solide-liquide.
La présente invention a alors pour objet un système de gestion thermique destiné à être monté entre au moins une source chaude et au moins une source froide, comportant un premier et un deuxième conducteur thermique, un commutateur thermique apte à connecter thermiquement ou non les premier et deuxième conducteurs thermiques, ledit commutateur thermique comportant au moins un matériau conducteur thermique dont le volume varie en fonction d'un apport d'énergie thermique, ledit matériau étant apte à connecter le premier et deuxième conducteur par variation de son volume, ledit commutateur thermique comportant des moyens de commande destinés à apporter l'énergie thermique au matériau à volume variable pour changer l'état de connexion.
Le système de gestion thermique peut comporter au moins trois conducteurs thermiques, le commutateur étant apte à mettre en connexion thermiques les au moins trois conducteurs thermiques.
Dans un exemple de réalisation, le système de gestion thermique peut être réparti dans plusieurs plans .
Dans un mode de réalisation, les moyens de commande sont formés par le premier conducteur, ledit premier conducteur étant en permanence en contact avec le matériau à volume variable et étant destiné être connecté à la au moins une source chaude.
Dans un autre mode de réalisation, les moyens de commande sont formés par un conducteur thermique supplémentaire, le premier et le deuxième conducteur n'étant pas en contact avec le matériau à volume variable dans un état hors connexion.
Dans un autre mode de réalisation, les moyens de commande sont formés directement par l'environnement extérieur, l'énergie thermique étant apportée au matériau par convection.
Par exemple, les premier et deuxième conducteurs comportent des extrémités destinées à être en contact avec le matériau à volume variable, ladite extrémité du premier et/ou du deuxième conducteur présentant une forme assurant un contact progressif entre ladite extrémité et le matériau à volume variable lors de la variation de volume du matériau à volume variable .
De préférence, le système de gestion thermique comporte des moyens pour favoriser le retour du matériau à volume variable dans une zone prédéterminée dans laquelle la déconnexion thermique entre le premier et le deuxième conducteur est assurée, dite zone de déconnexion.
Le système de gestion thermique peut comporter un substrat dans ou sur lequel sont formés les conducteurs thermiques et dans lequel le commutateur comporte une cavité formée dans le substrat et contenant le matériau à volume variable, les conducteurs thermiques pénétrant dans ladite cavité.
Par exemple, la cavité comporte au moins une paroi latérale inclinée favorisant le retour du matériau à volume variable dans une zone dite hors connexion, ladite au moins une surface inclinée formant les moyens facilitant le retour du matériau à volume variable vers la zone hors connexion.
La cavité peut présenter une forme évasée, par exemple en forme pyramide inversée.
Dans un exemple de réalisation, les deux conducteurs thermiques sont formés sur la surface du substrat, l'extrémité du premier conducteur pénétrant dans la cavité plus profondément que le celle du deuxième conducteur (et dans lequel le matériau à volume variable est uniquement en contact avec l'extrémité du premier conducteur dans un état hors connexion . Dans un autre exemple de réalisation, le premier conducteur est situé dans le substrat et son extrémité débouche dans un fond de la cavité et le deuxième conducteur est formé sur le substrat.
La cavité peut être fermée de manière étanche par un capot.
Dans un exemple préféré, Le matériau à volume variable est un matériau présentant un changement de phase. Le matériau peut présenter un changement de phase solide-liquide dans le domaine température à gérer par le système. De préférence, le matériau présentant un changement de phase comporte des particules améliorant sa conductivité thermique.
Le matériau à volume variable peut être un matériau monophasique, par exemple liquide, par exemple du mercure.
Dans une variante, le matériau à volume variable est fonctionnalisé de sorte qu'il présente une conductivité électrique donnée, une sensibilité aux champs magnétiques ou soit le siège un phénomène de photoluminescence .
Le substrat peut être en un matériau à faible conductivité thermique. Par exemple, il est un matériau isolant thermique comme un polymère, du verre ou une céramique.
Alternativement, le substrat est un matériau conducteur de chaleur isolé en surface comme par exemple un substrat silicium muni d'une couche d'oxyde sur la face, sur laquelle sont formés les premier et deuxième conducteurs thermiques. Par les conducteurs thermiques sont métalliques comme par exemple or, cuivre ou aluminium.
La présente invention a également pour objet un ensemble de gestion thermique comportant au moins deux systèmes selon la présente invention, dans lequel le commutateur de l'un des systèmes est commandé par le premier système.
La commande peut être fournie par la température du matériau à volume variable du commutateur du premier système, ou celle de la source chaude ou celle de la source froide.
Le matériau à volume variable du premier système peut être différent de celui du deuxième système .
La présente invention a également pour objet un dispositif électronique comportant au moins un système de gestion thermique selon la présente invention et/ou au moins un ensemble de gestion thermique selon la présente invention.
La source chaude est par exemple formée par au moins un composant électronique et la au moins source froide est par exemple formée par un échangeur thermiques, par exemple un radiateur et/ou une circulation d'air, et/ou au moins un microcaloduc et/ou un matériau à changement de phase et/ou des microcanaux et/ou des moyens mettant en œuvre une ébullition convective et/ou des matériaux thermoélectriques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins sur lesquels :
la figure 1A est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système de gestion thermique selon la présente dans un état hors connexion thermique,
la figure 1B est une représentation schématique du système de gestion thermique de la figure 1A dans un état de connexion thermique,
la figure 2A est une représentation schématique d'un système de gestion thermique formant une connexion thermique progressive,
les figures 2B à 2E représentent schématiquement des variantes de réalisation de systèmes assurant un transfert thermique variable,
la figure 3A est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système de gestion thermique comportant des moyens de commande séparés, dans un état hors connexion thermique,
la figure 3B est une représentation schématique du système de gestion thermique de la figure 3A dans un état de connexion thermique,
la figure 4A est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système de gestion thermique par l'environnement extérieur, dans un état hors connexion thermique,
la figure 4B est une représentation schématique du système de gestion thermique de la figure 4A dans un état de connexion thermique, les figures 5A et 5B sont des représentations schématiques de variantes de réalisation du système de gestion thermique selon 1 ' invention,
les figures 6A et 6B sont des représentations schématiques d'un système thermique dans plusieurs plans dans un état hors connexion thermique et dans un état de connexion thermique respectivement,
la figure 7 est une représentation schématique d'une architecture comportant plusieurs systèmes de gestion thermiques interconnectés,
la figure 8A est une vue en perspective d'un exemple de réalisation pratique d'un système de gestion thermique selon l'invention,
la figure 8B est une coupe du système de la figure 8A comportant le fluide conducteur thermique,
la figure 8C est une vue similaire à celle de la figure 8B muni de moyens d ' encapsulation, la figure 9 est une représentation graphique de la variation de hauteur en ym d'un matériau à changement de phase et de l'écart de température en °C appliqué en fonction de l'accroissement de volume en % du matériau à changement de phase dans le système de la figure 8A,
la figure 10 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du système de la figure 8A. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur toutes les figures, les flux de chaleur sont symbolisés par des flèches sous forme de chevrons.
Sur les figures 1A et 1B, on peut voir un premier mode de réalisation d'un système de gestion thermique selon 1 ' invention comportant un premier conducteur thermique 2 et un deuxième conducteur thermique 4 aptes à être reliés par un commutateur thermique 6. Le premier conducteur 2 est relié par une première extrémité 2.1 à une source chaude SC et par une deuxième extrémité 2.2 au commutateur 6, et le deuxième conducteur thermique 4 est relié par une première extrémité 4.1 au commutateur 6 et par une deuxième extrémité 4.2 à une source froide SF.
La source chaude SC est par exemple formée par un transistor de puissance, une diode laser, un circuit intégré..., et une source froide SF est par exemple formée par un radiateur passif, un radiateur actif...
Le système est réalisé dans un substrat 8.
Les conducteurs thermiques 2, 4 sont par exemple réalisés sous forme de pistes métalliques sur la surface du substrat 8.
En variante les conducteurs peuvent être formé par des fils et être enterrés.
De préférence le substrat présente une faible conductivité thermique typiquement inférieure à 5 W/°K.m, par exemple en verre ou en polymère. En variante, On peut également envisager d'isoler thermiquement les conducteurs 2, 4 par rapport au substrat en réalisant une couche barrière entre les conducteurs et le substrat. Par exemple, dans le cas d'un substrat en silicium, la couche barrière peut être générée par une oxydation de surface pour obtenir une couche de dioxyde de silicium.
Le commutateur 6 comporte une chambre 10 contenant un matériau 12 dont le volume augmente lorsqu'il est échauffé. Le matériau assure au-delà d'une température donnée, appelée température critique Tc, la connexion thermique entre le premier et le deuxième conducteur. Le matériau caloporteur remplit partiellement la chambre 10, au moins lorsqu'il ne connecte pas thermiquement les deux conducteurs thermiques .
Le matériau à volume variable sera désigné "matériau caloporteur" dans la suite de la description. Il peut s'agir d'un matériau monophasique, par exemple d'un matériau liquide quelque soit la température de fonctionnement du système comme le mercure. Dans ce cas, son volume augmente avec la température et devient suffisant, lorsque la température atteint Tc, pour être en contact avec les deux conducteurs.
Il peut s'agir d'un matériau diphasique qui est à l'état solide en dessous de la température critique et liquide au dessus de la température critique Tc, par exemple un matériau à changement de phase. Dans ce cas, le volume de ce matériau à l'état liquide est supérieur à celui de l'état solide. Lorsque la température atteint Tc, le matériau entre en fusion et son volume augmente, la connexion thermique entre les conducteurs est alors établie lorsque le volume du matériau est suffisant. Il peut s'agir de matériaux généralement désignés comme « matériaux à changement de phase », mais également tout matériaux présentant une transition solide/liquide peut aussi être utilisé.
La deuxième extrémité 2.2 du premier conducteur 2 pénètre dans la chambre 10 et la première extrémité 4.1 du deuxième conducteur 4 pénètre également dans la chambre 10 de sorte que les conducteurs 2, 4 puissent entrer en contact avec le matériau caloporteur 12 et soient effectivement connectés thermiquement entre eux par celui-ci au-delà de la température critique.
Des exemples de matériaux pouvant être mis en œuvre seront détaillés par la suite.
De préférence, le commutateur 6 comporte des moyens pour assurer que le matériau caloporteur soit à nouveau uniquement en contact avec la deuxième extrémité du premier conducteur lorsque la température baisse en dessous de la température critique. Ces moyens seront décrits ultérieurement.
Sur la figure 1B sur laquelle les deux conducteurs thermiques 2, 4 ne sont pas connectés, le matériau caloporteur 12 est en contact avec le premier conducteur 2 relié à la source chaude SC, le matériau caloporteur 12 est donc connecté à la source chaude SC et voit toute variation de température de la source chaude SC. Lorsque la température de la source chaude SC dépasse la température critique Tc, le volume du matériau caloporteur 12 est suffisant pour entrer en contact avec la première extrémité 4.1 du deuxième conducteur 4. La connexion thermique entre les deux conducteurs 2, 4 est alors établie (figure 1B) , et le flux thermique est transféré de la source chaude SC à la source froide SF. La chaleur est alors évacuée, et la source chaude SC est refroidie. Par exemple, la variation de volume peut être de l'ordre de 10%. La variation de volume requise dépend des propriétés du matériau à volume variable. La taille de la chambre et des dimensions des conducteurs sont choisis en conséquence .
De manière inverse, lorsque la température de la source chaude SC diminue et devient inférieure à la température critique Tc, le volume du matériau caloporteur 12 diminue suffisamment pour n'être plus en contact avec le deuxième conducteur 4. Celui-ci reprend sa position initiale uniquement en contact avec le premier conducteur 2, ce qui interrompt la connexion thermique entre les deux connecteurs 2, 4.
Le commutateur 6 est donc commandé directement par la chaleur émise par la source chaude SC.
Sur la figure 2A, on peut voir une représentation schématique des différentes étapes de la variation de volume du matériau caloporteur représentées par des traits en pointillés 12.1. La figure 2A montre l'augmentation progressive du volume de matériau caloporteur. Le recouvrement de la première extrémité 4.1 du deuxième conducteur 2 par le matériau caloporteur 12 est donc progressif. Or, le transfert de chaleur étant directement proportionnel à la surface de contact, le flux de chaleur transmis augmente donc également progressivement. Par conséquent le commutateur 6 forme une variation de transfert thermique. Cette progressivité du transfert est fonction notamment de la dimension de la première extrémité 4.1 du deuxième conducteur 4 pénétrant dans la chambre 10 et pouvant être entourée par le matériau caloporteur 12. En effet, plus cette longueur est courte, plus la première extrémité est entièrement rapidement recouverte. Ainsi, il est possible de régler la progressivité de la connexion thermique. Cette progressivité peut permettre un certain niveau de régulation au sein du système.
La géométrie et le volume de la chambre et le confinement qu'elle génère, la quantité de matériau à volume variable, la distance entre les conducteurs, le choix du matériau et les états de surface pour définir la mouillabilité de surface et définir la dynamique de progression du front liquide permettent de régler la réactivité du commutateur. Par exemple, en favorisant un faible volume de chambre, une courte distance entre les conducteurs, un état de surface mouillant pour favoriser le transfert thermique et une transition de phase rapide du matériau à changement de phase, il est possible d'obtenir un dispositif réactif.
Sur les figures 2B à 2E, on peut voir différentes exemples de réalisation d'une première extrémité 4.1 du deuxième conducteur 4 permettant d'améliorer la progressivité de la connexion thermique.
Sur la figure 2B, la première extrémité 4.1 du deuxième conducteur 4 comporte une face en biais 14 par rapport au front d'avancé du matériau caloporteur 12. Ainsi la mise en contact entre le matériau caloporteur 12 et la première extrémité 4.1 se fait progressivement, comme on peut le voir sur la figure 2C.
Sur la figure 2D, outre la face en biais, l'extrémité 4.1 du conducteur 4 est munie de doigts 16, ainsi la mise en contact entre le matériau caloporteur 12 et la première extrémité 4.1 est encore plus progressive. Le matériau caloporteur 12 entre tout d'abord en contact avec le doigt le plus long 16.1, puis avec un deuxième doigt 16.2, simultanément il recouvre davantage le premier doigt 16.1 et ainsi de suite jusqu'à recouvrir tous les doigts 16 et atteindre une surface de connexion thermique maximale.
Dans l'exemple représenté sur les figures 2B à 2E, la première extrémité du deuxième conducteur présente une section plus grande que le reste du conducteur, mais ceci n'est en aucun cas limitatif.
Sur les figures 3A et 3B, on peut voir un autre mode de réalisation d'un système de gestion thermique dans lequel le commutateur est commandé par une source de chaleur autre que la source chaude.
Le système comporte un troisième conducteur thermique 18 dont une extrémité pénètre dans la chambre 10 et dont une autre extrémité est reliée à une source de chaleur. En outre, le matériau caloporteur 12 est, lorsque la température est inférieure à la température critique uniquement en contact avec le troisième conducteur 18. Dans l'exemple représenté, le troisième conducteur 18 est situé entre les deux extrémités 2.2, 4.1 des premier 2 et deuxième 4 conducteurs.
Lorsque la température critique Tc est appliquée au troisième conducteur, le volume du matériau caloporteur 12 est suffisant pour mettre en contact les extrémités 2.2, 4.1 des premier 2 et deuxième 4 conducteurs, assurant la connexion thermique entre les deux conducteurs 2, 4. Lorsque la température du troisième conducteur 18 est inférieure à la température critique Tc, le volume du matériau caloporteur 12 est tel qu'il n'est plus en contact avec aucun des premier et deuxième conducteurs. Il reprend sa position initiale, la connexion thermique est interrompue.
La variation de volume du matériau caloporteur a lieu dans ce cas dans deux directions opposées .
La température du troisième conducteur 18 peut être imposée par un autre système de gestion thermique comme nous le verrons par la suite.
En variante, le troisième conducteur peut être disposé en face des deux conducteurs thermiques.
Sur les figures 4A et 4B, on peut voir un autre mode de réalisation dans lequel la connexion thermique est commandée par la température globale du dispositif sur lequel le système est installé. La chambre 10 est soumise à la température extérieure imposée par l'ensemble du dispositif que l'on souhaite refroidir, les échanges thermiques se font par convection naturelle à travers la paroi de la chambre 10. Lorsque la température est en dessous d'une température critique Tc, le matériau caloporteur est confiné entre les extrémités des deux conducteurs 2, 4 sans contact avec eux. Lorsque cette température dépasse la température critique Tc, le volume du matériau caloporteur 12 est suffisant pour connecter thermiquement les deux conducteurs 2, 4. Dans cet exemple, le matériau de la paroi de la chambre 10 est tel qu'il favorise la convection naturelle.
Sur les figures 5A et 5B, on peut voir des variantes de réalisation le commutateur thermique selon l'invention. Sur la figure 5A, le commutateur permet de connecter quatre conducteurs 2, 4, 4', 4'', dans ce cas la connexion est commandée par la source chaude comme pour le système de la figure 1A.
Sur la figure 5B, le commutateur permet de connecter trois conducteurs thermiques 2, 4, 4', la commande de connexion se faisant par un conducteur indépendant 18 de la source chaude SC comme dans l'exemple de la figure 5B.
Sur les figures 6A et 6B, on peut voir un exemple d'un système de gestion thermique dans plusieurs plans.
Le système comporte un premier système similaire à celui de la figure 1A comprenant une source chaude SC, un premier conducteur 402 relié à la source chaude SC, un deuxième conducteur 404 relié à une première source froide SF1 et un commutateur 406 destiné à connecter les deux conducteurs 402, 404, sur lequel est superposé un substrat 408 comportant un conducteur thermique 422 traversant le substrat 408 formant un via thermique, un conducteur 424 déposé sur le substrat 408 et une deuxième source froide SF2. Le via thermique 422 débouchant au dessus du commutateur 406 dans la paroi supérieure comporte une ouverture pour permettre la mise en contact du matériau caloporteur avec le via thermique 422.
Le commutateur 406 est commandé directement par la source chaude SC. Lorsque la température dépasse la température critique Tc, le volume du matériau caloporteur assure la connexion thermique entre le premier 402 et le deuxième 404 conducteur et ainsi la source chaud SC avec la première source froide SFl . Lorsque la chaleur accumulée dans le matériau caloporteur augmente, son volume augmente jusqu'à atteindre la paroi supérieure du commutateur 406 et entre en contact avec le via thermique 422. La source chaude SC est alors connectée à la première SFl et à la deuxième source froide SF2.
La variation de volume se fait dans deux directions orthogonales.
Dans cet exemple de réalisation, dans le cas où le matériau à volume variable 12 serait un matériau à changement de phase solide-liquide, la connexion thermique entre la source chaude SC et la première source froide SFl est établie alors que seule une partie du matériau 12 est passée à l'état liquide. La connexion avec la deuxième source chaude SC2 est établie après qu'une portion supplémentaire du matériau est passée à l'état liquide.
Ce système permet avantageusement d'améliorer la sécurité du refroidissement. Si le flux thermique entre la source chaude et la première source froide se révélait insuffisant pour abaisser la température de la source chaude en dessous de la température critique, le commutateur 406 le détecte et assure une connexion avec une deuxième source froide afin d'augmenter le flux thermique extrait de la source chaude .
On peut envisager qu'une ou plusieurs sources chaudes soient connectées à plusieurs sources froides au moyen de systèmes selon la présente invention .
Sur la figure 7, on peut voir un exemple d'architecture d'un ensemble de systèmes de gestion selon l'invention interconnectés.
L'architecture de la figure 7 comporte un système SI similaire à celui de la figure 1A, un système de gestions S2 similaire à celui de la figure 3A et un troisième système de gestion S3 combinant des systèmes de gestion de figures 1A et 3A.
Le premier système SI comporte un premier conducteur 102 relié à une première source chaude SCI, un deuxième conducteur 104 relié à une première source froide SF1, un commutateur 106 commandé directement par la température de la source chaude SCI.
Le deuxième système S2 comporte un premier conducteur 202 relié à une deuxième source chaude SC2, un deuxième conducteur 204 relié à une deuxième source froide SF2, et un commutateur 206. Un troisième conducteur 218 commande la commutation du deuxième connecteur 206, le troisième conducteur 218 étant à la température du premier commutateur 106 et donc à la température critique du premier système SI.
Le troisième système S3 comporte un premier conducteur 302 relié à une troisième source chaude SC3 et un deuxième conducteur 304 relié à une troisième source froide SF3au travers du commutateur 306', les premier 302 et le deuxième 304 conducteurs étant aptes à être connectés par un troisième commutateur 306 commandé directement par la température de la source chaude SC3. Le troisième système S3 comporte également un quatrième commutateur 306' commandé par un conducteur 318 relié à la deuxième source froide SF2. Le troisième système comporte également un conducteur 320 reliant le quatrième commutateur 306' à la troisième source froide SF3.
Les commutateurs ont des températures critiques différentes telles que :
Td06 < TC206 < Tc306 < Tc306' ·
Ces variations de température critique peuvent être obtenues soient en agissant sur le design du dispositif, soit en agissant sur la composition et la nature du matériau.
Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement de cet ensemble.
Lorsque la première source chaude SCI atteint la température critique Tc, le matériau caloporteur du premier commutateur 206 met en contact les premier et deuxième conducteurs 102, 104, la connexion thermique entre les premières sources chaude et froide est établie.
Le troisième conducteur 218 du deuxième système S2 est recouvert par le matériau caloporteur du premier commutateur 106 du premier système SI, celui-ci est alors à la température de critique Tc. Le volume du matériau caloporteur du deuxième commutateur 206 augmente pour établir la connexion thermique entre les deuxièmes sources chaude SC2 et froide SF2. Dans la configuration représentée, le matériau du premier commutateur 106 atteindra le troisième conducteur 218 avant d'atteindre le deuxième conducteur 104.
Concernant le troisième système S3, la connexion thermique entre la troisième source chaude SC3 et la troisième source froide SF3 est commandée par le commutateur 306 qui est commandé directement par la troisième source chaude SC3 et le commutateur 306' qui est commandé par la deuxième source froide SF2. La troisième source chaude SC3 sera dans un premier temps au contact de la deuxième source froide SF2 puis au contact des deuxième et troisième sources froides SF2 et SF3, si le flux de chaleur est suffisant.
II est à noter que pour déclencher un commutateur, il faut commencer par accumuler la chaleur sensible avant le changement de phase puis la chaleur latente assurant le changement de phase. Le matériau a alors un effet tampon dans le transfert de la chaleur. Cet effet tampons se traduit par le fait que cette absorption de chaleur sensible avant le changement de phase permet d'absorber des hausses de température très courtes qui ne nécessitent pas de connexion à la source froide. Dans le cas d'une température élevée et persistante, la connexion est effectivement établie après absorption de la chaleur de changement de phase.
Ainsi grâce à l'invention, il est possible de réaliser des architectures avec un nombre d'entrées et de sorties ajustables et configurables en dimension, matériau et forme. Chacun des systèmes peut comporter un matériau caloporteur différent des autres systèmes adapté par exemple à la température critique de chaque système .
Nous allons maintenant décrire un exemple de réalisation pratique d'un système de gestion thermique selon la présente invention.
Sur les figures 8A à 8C, on peut voir un vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un système de gestion thermique selon le présent système tel que celui de la figure 1A. Une cavité 26 formant la chambre 10 du commutateur 6 est réalisé dans le substrat 8, et des premier 2 et deuxième 4 conducteurs sont réalisés sur la face supérieure 8.1 du substrat 8.
Le premier conducteur 2 comporte une extrémité 2.2 pénétrant dans la cavité 26 plus profondément que l'extrémité 4.1 du deuxième conducteur 4, de sorte que le premier conducteur 2 soit en contact avec le matériau caloporteur lorsque celui-ci n'est pas dilaté.
La cavité 26 présente une forme telle qu'elle favorise le retour du matériau caloporteur à son emplacement hors connexion. La cavité 26 comporte une première partie 26.1 plus profonde en forme de parallélépipède rectangle et une deuxième partie 26.2 débouchant à la surface du substrat 8; la deuxième partie a deux faces opposées inclinées 28 s ' ouvrant vers la surface supérieure.
Les surfaces de la cavité peuvent avantageusement subir un traitement facilitant le "démouillage" du matériau lors de la réduction du volume du matériau, ce qui permet d'améliorer son retour dans un état de déconnexion du système.
La forme parallélépipédique du fond de la cavité n'est en aucun cas limitative et celle-ci pourrait présenter une forme inclinée, cylindrique ou arrondie....
Le premier conducteur 2 s'étend sur toute la longueur d'un côté 28 de la deuxième partie 26.2 tandis le deuxième conducteur 4 s'étend sur une partie seulement d'un côté 28 opposé à celui sur lequel se trouve le premier conducteur 2.
Le matériau caloporteur remplit la première partie 26.1 et le fond de la deuxième partie 26.2 de sorte à être en contact avec le premier conducteur 2, comme on peut le voir sur la figure 1C.
Le commutateur est commandé directement par la source chaude. Lorsque la température dépasse la température critique Tc, le matériau caloporteur entre en contact avec le deuxième conducteur et assure la connexion thermique.
Lorsque la température est à nouveau inférieure à la température critique Tc, le volume du matériau caloporteur a diminué de sorte qu'il ne soit plus en contact avec le deuxième conducteur 4. La forme évasée de la deuxième partie 26.1 de la cavité 26 assure le retour dans sa position de déconnexion du matériau caloporteur.
On pourrait prévoir que la cavité présente des parois inclinées sur toute sa hauteur.
En outre, la cavité 26 pourrait avoir une forme tronconique. La forme de la figure 8A présente l'avantage de pouvoir réaliser des conducteurs plans sur les bords de la deuxième partie de la cavité.
Sur la figure 10, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un commutateur dans lequel la deuxième partie de la cavité a une forme de pyramide inversée. Dans cet exemple, le premier conducteur 2 est réalisé dans le substrat 8 et débouche dans le fond de la cavité 26 et le deuxième conducteur 4 est similaire à celui de la figure 8A. Il s'étend cependant plus profondément que le deuxième conducteur 4 de la figure 8A, puisque la quantité de matériau caloporteur peut être réduite, le contact avec le premier conducteur 2 étant assuré dans le fond de la cavité 26.
De préférence, la cavité 26 comporte au moins un bord incliné.
On peut également encapsuler le système comme cela est représenté sur la figure 8C. Le système de la figure 8C présente un capot 30 fermant de manière étanche la cavité 26 rendant ainsi l'utilisation du dispositif très pratique et facile. Le capot 30, par exemple en verre ou en métal, est par exemple fixé de manière étanche sur le substrat 8 par un cordon de colle .
Nous allons expliquer le fonctionnement du commutateur de la figure 8A. Nous considérons le cas où un matériau à changement de phase diphasique (solide/liquide) est choisi comme matériau caloporteur.
Dans l'exemple représenté sur la figure 8A, la surface du matériau à changement de phase est en contact avec l'air ambiant avec lequel elle échange de la chaleur uniquement par convection naturelle. Lorsque le premier conducteur est à une température supérieure à la température critique Tc, la fusion du matériau à changement de phase débute. Cette fusion absorbe de l'énergie sous forme latente. Des courants de convection naturelle prennent place progressivement dans le matériau à changement de phase liquide. Pour remédier à la faible conductivité thermique des matériaux à changement de phase, nous pouvons considérer un matériau à changement de phase formé d'une cire de paraffine pure et de nanoparticules de graphite très conducteur. Certaines compositions portent la conductivité thermique du matériau à changement de phase à une valeur autour de l'unité (SI) [0] . Après le démarrage de la convection naturelle dans le matériau à changement de phase liquide, le processus de fusion est piloté par la convection naturelle.
Le matériau à changement de phase en passant en phase liquide augmente de volume et entre en contact avec le deuxième conducteur 4.
A titre d'exemple, on peut calculer la variation de hauteur de la surface du matériau à changement de phase et également l'augmentation de volume du matériau à changement de phase nécessaire pour assurer la connexion thermique.
Par exemple, en considérant un matériau à changement de phase chargé en nanoparticules de graphiques dont les caractéristiques sont :
- Viscosité dynamique (μ) : 5 x 10~3Pa.s,
- Masse volumique (p) : 800 kg. m-3,
- Conductivité thermique (λ) : 1 W.m-1 K-1,
- Chaleur spécifique (cp) : 2500 J.kg_1K_1, - Chaleur latente (L) : 200 kJ.kg ,
- Coefficient de dilatation thermique (β) : 10-3 K-1,
- Nombre de Prandtl : 12,5,
- Température de changement de phase (Tpc) : 20 °C.
Sur cette base, il est possible de calculer la variation de hauteur de la surface du matériau à changement de phase (h) en fonction de l'augmentation du volume du matériau à changement de phase (exprimé en % ) . Il est aussi possible d'établir la correspondance entre l'augmentation de volume du matériau à changement de phase et l'écart en température appliqué au matériau (ΔΤ) par la relation suivante :
AV = β x V0 x ΔΤ
dans laquelle AV correspond à l'accroissement de volume et V0 est le volume initial.
Sur la figure 8C, on peut voir symboliser la variation de hauteur de matériau caloporteur dans la cavité 26.
Sur la figure 9, on peut voir la variation de hauteur (en ym) du matériau à changement de phase et de l'écart de température en (°C) appliqué en fonction de l'accroissement de volume (ΘΠ % ) du matériau à changement de phase.
Ces courbes indiquent par exemple que la surface du matériau à changement de phase atteindra le deuxième conducteur 4 connecté à la source froide dès lors que son volume aura augmenté d'environ 6,2%, la hauteur étant alors hc = 2100 ym. En considérant que le matériau a un coefficient de dilatation thermique égal à 10~ K~ , cette augmentation de volume correspond à un écart de température d'environ 62°C.
Comme décrit précédemment le matériau caloporteur est par exemple un matériau à changement de phase. Les matériaux à changement de phase présentent l'avantage d'être disponibles dans de larges gammes de température .
Les matériaux à changement de phase ont pour particularité de pouvoir stocker de l'énergie sous forme de chaleur latente. La chaleur étant absorbée ou restituée lors du passage de l'état solide à l'état liquide et vice versa.
On choisit de préférence des matériaux à changement de phase présentant une transition solide-liquide dans le domaine de température considéré. Des matériaux à changement de phase présentant une transition solide-liquide dans le domaine de température considéré peuvent être envisagés cependant, la transformation est généralement très lente, ce qui peut être pénalisant pour la réactivité du système.
Au-delà d'une certaine température caractéristique de chaque matériau à changement de phase, les matériaux à changement de phase se liquéfient en absorbant la chaleur de l'atmosphère ambiante et la restituent lorsque la température baisse .
Cette propriété est liée à son importante énergie de fusion par unité de volume, plus celle-ci sera grande plus les propriétés de stockage/restitution de la chaleur seront intéressantes. On peut par exemple choisir les paraffines, telles que l'eicosane, le docosane and le tricosane ou d'autres matériaux inorganiques tels que les sels, les hydrates de sels ou les hydrures métalliques. Les paraffines présentent l'avantage d'être stables thermiquement et peu onéreuses. En revanche, elles présentent une relativement faible conduction thermique. On peut également utiliser des paraffines associées à des éléments conducteurs de la chaleur capables de transférer efficacement la chaleur dans et hors du matériau. Ces éléments peuvent être des dissipateurs thermiques, des partitionnements , des ailettes, des nanofibres de graphite, des mousses métalliques, des particules conductrices en dispersion, des micro-encapsulations de matériau à changement de phase, des nanotubes de carbone dont la conductivité thermique supposée est très élevée.
Concernant le substrat 8, comme indiqué précédemment, celui-ci présente de préférence une faible conductivité thermique afin de limiter les fuites de chaleur à partir des conducteurs thermiques 2, 4. Le substrat peut être réalisé dans un matériau polymère comme de l'Epoxy ou dans une céramique. On peut également envisager le silicium qui est utilisé pour la fabrication des composants électroniques. Compte tenu de sa conductivité thermique relativement élevée, une couche thermique barrière comme par exemple une couche d'oxyde Si02 sera formée sur la face supérieure du substrat portant les conducteurs.
L'Epoxy présente une conductivité thermique de 0,25 W.m_1.K_1. Les céramiques présentent une conductivité thermique de l'ordre de 0,49 W.m~ . K~ .
Le silicium présente une conductivité thermique de 149 W.m_1.K_1 et l'oxyde de silicium présente une conductivité thermique de quelques Watt .m-1.K-1.
La structuration du substrat est obtenue par des techniques largement connues par l'homme du métier : moulage, usinage; en ce qui concerne le silicium il s'agit des techniques de la microélectronique: gravure humide, gravure sèche, gravure électrochimique,...
En ce qui concerne la réalisation des conducteurs, elle peut être faite par photolithographie.
Les conducteurs sont par exemple réalisés en aluminium de conductivité thermique égale à 237 W.m_1.K_1, en or de conductivité thermique égale à 317 W.m^.K-1 ou en cuivre de conductivité thermique égale à 390 W.m^.K"1.
On peut envisager de fonctionnaliser le matériau caloporteur pour qu'il présente une certaine conductivité électrique, une sensibilité aux champs magnétiques ou soit le siège un phénomène de photoluminescence. Cette fonctionnalisation peut être obtenue par exemple par l'ajout de nanomatériaux .
Le système peut alors former un interrupteur électrique et/ou optique et/ou magnétique.
Le système de gestion thermique selon 1 ' invention forme un commutateur thermique commandant le passage ou non d'un flux de chaleur. La commutation peut s'effectuer automatiquement et assurer une régulation thermique entre la source chaude et la source froide de manière autonome. Il peut former également un régulateur thermique, puisque la variation progressive du volume du matériau caloporteur permet de réguler les transferts de flux thermiques.
En combinant plusieurs systèmes selon l'invention, il est possible d'ordonner, d'orienter et de répartir les flux de chaleur. En outre, Les éléments caloporteurs à volume variable stockent la chaleur, ils forment donc un tampon dans la progression du flux thermique. Ils forment ainsi des puits thermiques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de gestion thermique destiné à être monté entre au moins une source chaude (SC) et au moins une source froide (SF) , comportant un premier (2) et un deuxième (4) conducteur thermique, un commutateur thermique (6) apte à connecter thermiquement ou non les premier (2) et deuxième (4) conducteurs thermiques, ledit commutateur thermique (6) comportant au moins un matériau conducteur thermique (12) dont le volume varie en fonction d'un apport d'énergie thermique, ledit matériau (12) étant apte à connecter le premier (2) et deuxième (4) conducteur par variation de son volume, ledit commutateur thermique (6) comportant des moyens de commande destinés à apporter l'énergie thermique au matériau (12) à volume variable pour changer l'état de connexion .
2. Système de gestion thermique selon la revendication 1, comportant au moins trois conducteurs thermiques (2, 4, 4', 4'', 22, 24), le commutateur étant apte à mettre en connexion thermiques les au moins trois conducteurs thermiques.
3. Système de gestion thermique selon la revendication 1 ou 2, réparti dans plusieurs plans.
4. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de commande sont formés par le premier conducteur (2), ledit premier conducteur (2) étant en permanence en contact avec le matériau à volume variable (12) et étant destiné être connecté à la au moins une source chaude (SC) .
5. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de commande sont formés par un conducteur thermique supplémentaire (18), le premier (2) et le deuxième (4) conducteur n'étant pas en contact avec le matériau à volume variable (12) dans un état hors connexion.
6. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de commande sont formés directement par l'environnement extérieur, l'énergie thermique étant apportée au matériau par convection.
7. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les premier (2) et deuxième (4) conducteurs comportent des extrémités (2.2, 4.1) destinées à être en contact avec le matériau à volume variable (12), ladite extrémité (2.2, 4.1) du premier (2) et/ou du deuxième (4) conducteur présentant une forme assurant un contact progressif entre ladite extrémité (2.2, 4.1) et le matériau à volume variable (12) lors de la variation de volume du matériau à volume variable.
8. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 7, comportant de moyens pour favoriser le retour du matériau à volume variable dans une zone prédéterminée dans laquelle la déconnexion thermique entre le premier et le deuxième conducteur est assurée, dite zone de déconnexion.
9. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 8, comportant un substrat (8) dans ou sur lequel sont formés les conducteurs thermiques (2, 4) et dans lequel le commutateur (6) comporte une cavité (26) formée dans le substrat (8) et contenant le matériau à volume variable (12), les conducteurs thermiques (2, 4) pénétrant dans ladite cavité (26).
10. Système de gestion thermique selon la revendication 9, dans lequel la cavité (26) comporte au moins une paroi latérale (28) inclinée favorisant le retour du matériau à volume variable (12) dans une zone dite hors connexion, ladite au moins une surface inclinée (28) formant les moyens facilitant le retour du matériau à volume variable (12) vers la zone hors connexion .
11. Système de gestion thermique selon la revendication 9 ou 10 en combinaison avec la revendication 8, dans lequel la cavité (26) présente une forme évasée, par exemple en forme de pyramide inversée .
12. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel les deux conducteurs thermiques (2, 4) sont formés sur la surface du substrat, l'extrémité (2.2) du premier conducteur (2) pénétrant dans la cavité (26) plus profondément que celle (4.1) du deuxième conducteur (4) et dans lequel le matériau à volume variable (12) est uniquement en contact avec l'extrémité (2.2) du premier conducteur (2) dans un état hors connexion.
13. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel le premier conducteur (2) est formé dans le substrat (8) et son extrémité débouche dans un fond de la cavité (26) et le deuxième conducteur (4) est formé sur le substrat (8) .
14. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 9 à 13, dans lequel la cavité
(26) est fermée de manière étanche par un capot (30) .
15. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le matériau à volume variable (12) est un matériau présentant un changement de phase.
16. Système de gestion thermique selon la revendication 15, dans lequel le matériau présente un changement de phase solide-liquide dans le domaine température à gérer par le système.
17. Système de gestion thermique selon la revendication 15 ou 16, dans lequel le matériau présentant un changement de phase comporte des particules augmentant sa conductivité thermique.
18. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le matériau à volume variable (12) est un matériau monophasique, par exemple liquide, par exemple du mercure.
19. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 18, dans lequel le matériau à volume variable (12) est fonctionnalisé de sorte qu'il présente une conductivité électrique donnée, une sensibilité aux champs magnétiques ou soit le siège un phénomène de photoluminescence.
20. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel le substrat (8) est en un matériau à faible conductivité thermique .
21. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 20, dans lequel le substrat (8) est un matériau isolant thermique comme un polymère, du verre ou une céramique.
22. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel le substrat (8) est un matériau conducteur de chaleur isolé en surface comme par exemple un substrat silicium muni d'une couche d'oxyde sur la face, sur laquelle sont formés les premier et deuxième conducteurs thermiques.
23. Système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 22, dans lequel les conducteurs thermiques (2, 4) sont métalliques comme par exemple or, cuivre ou aluminium.
24. Ensemble de gestion thermique comportant au moins deux systèmes selon l'une des revendications 1 à 23, dans lequel le commutateur de l'un des systèmes est commandé par le premier système.
25. Ensemble de gestion thermique selon la revendication 24, dans lequel la commande est fournie par la température du matériau à volume variable du commutateur du premier système, ou celle de la source chaude ou celle de la source froide.
26. Ensemble de gestion thermique selon la revendication 24 ou 25, dans lequel le matériau à volume variable du premier système est différent de celui du deuxième système.
27. Dispositif électronique comportant au moins un système de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 23 et/ou au moins un ensemble de gestion thermique selon l'une des revendications 24 à 26.
28. Dispositif électronique selon la revendication 27, dans lequel la source chaude est formée par au moins un composant électronique et la au moins source froide est formée par un échangeur thermiques, par exemple un radiateur et/ou une circulation d'air, et/ou au moins un microcaloduc et/ou un matériau à changement de phase et/ou des microcanaux et/ou des moyens mettant en œuvre une ébullition convective et/ou des matériaux thermoélectriques.
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