EP3387357B1 - Procede de realisation d'un dispositif fluidique a mousse metallique - Google Patents

Procede de realisation d'un dispositif fluidique a mousse metallique Download PDF

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EP3387357B1
EP3387357B1 EP16819612.9A EP16819612A EP3387357B1 EP 3387357 B1 EP3387357 B1 EP 3387357B1 EP 16819612 A EP16819612 A EP 16819612A EP 3387357 B1 EP3387357 B1 EP 3387357B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
preform
metal foam
channel
main wall
fluidic device
Prior art date
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Active
Application number
EP16819612.9A
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German (de)
English (en)
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EP3387357A1 (fr
Inventor
Vincent MATHIER
Jérôme Girard
Serge GUY
Christian Pluchon
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.)
C Tec Constellium Technology Center SAS
Original Assignee
C Tec Constellium Technology Center SAS
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Publication date
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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
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels

Definitions

  • the field of the invention is that of fluidic devices comprising a channel formed in a housing, in which there is a porous medium with open pores made of a metallic material called metallic foam.
  • the invention applies for example as a heat exchanger ensuring the heat transfer between a component placed against a wall of the housing, for example a power electronic component or a component of the automotive or nuclear field, and a circulating heat transfer fluid. into the channel and through the metal foam.
  • the invention can also be applied to the field of fluid filtration.
  • heat exchangers also called heat sinks
  • a fluidic device comprising a channel, formed in a housing, which extends between inlet and outlet orifices.
  • the housing can then include a main wall, called a heat exchange wall, the internal face of which helps to define the channel and the external face forms a support for receiving a component to be cooled, for example an electronic component.
  • a heat transfer fluid liquid or gaseous
  • a porous medium with open pores forming a three-dimensional fluidic network can be placed in the channel so as to be in contact with the exchange wall.
  • a fluidic device comprising: a housing comprising a channel delimited by walls, including a first main wall, the channel extending between two orifices, called inlet and outlet; and a porous medium with open pores in a metallic material, called metallic foam, located in the channel between said inlet and outlet orifices, the metallic foam and said first main wall being made in one piece and in the same material , and the metallic foam having a random spatial distribution of the pores.
  • a channel is partially delimited by a housing and comprises a porous medium with open pores capable of being traversed by a heat transfer fluid.
  • a main exchange wall thermal case has an outer face against which a component to be cooled is placed, and an inner face in contact with this porous medium.
  • the porous medium is a regular network of balls assembled together, fixed to the internal faces of the channel by means of a brazing material.
  • the object of the invention is to remedy at least in part the drawbacks of the prior art, and more particularly to provide a method for producing a fluidic device comprising a channel in which is located a porous material with open pores, exhibiting a improved mechanical strength and, where appropriate, an improved overall exchange coefficient.
  • the object of the invention is a method for producing a fluidic device according to claim 1.
  • the metal foam and said first main wall are made in one piece and in the same material, and the metal foam has a random spatial distribution of the pores.
  • the metal foam has a specific surface area of between 200m2 / m3 and 1500m2 / m3, a porosity of between 65% and 85%, and an average pore size of between 2mm and 8mm.
  • the cross section of the inlet and outlet orifices may have a smaller surface than that of the cross section of the channel.
  • the housing may include a second main wall opposite the first main wall, partially delimiting the channel, the metal foam and said second main wall being further made in one piece and in the same material.
  • the housing may include a second main wall opposite the first main wall partly delimiting the channel, said second main wall being an attached wall, fixed in a sealed manner to a side wall of the housing.
  • the housing may include a side wall extending between the first main wall and a second main wall opposite the first wall, and delimiting the channel circumferentially, the metal foam and said side wall being further made in one piece. and in the same material.
  • the inlet and outlet orifices may open out into hollow chambers of the channel situated on either side of the metal foam along a longitudinal axis of the channel.
  • the first and second main walls, the first and second metal foams and the manifold may have a substantially circular profile, the main walls and the manifold being sealingly assembled to a circumferential side wall of the housing.
  • the inlet orifice may have a diameter suitable for allowing the introduction of a fluid on either side of the manifold so as to be able to flow into the first and second metal foams before reaching the inlet ends. of the collection duct.
  • the shape of the porous preform can be parallelepiped, circular or any other geometric shape. It can have side walls and upper and lower walls.
  • the preform can be placed in a cavity of a mold and kept at a distance from an internal face of a yoke of the mold, the space separating said internal face and the preform being intended to form the first main wall.
  • the preform can be held in a hollow profile; preferably, at least one side wall of said preform is in contact with at least one inner face of the walls of said hollow section.
  • Said hollow section in which the preform is placed can be inserted into a cavity of a mold. At least one lower or upper face of the preform is kept away from an internal face of a yoke of the mold.
  • the walls of the profile are partially or totally melted.
  • the fluidic device has at least one wall of the metal foam in contact with a wall of the profile.
  • at least part of the walls of the profile and part of the metal foam are in metallurgical continuity due to the mixing of the liquid metal injected to produce the foam with the molten metal of the profile.
  • the preform can be interposed longitudinally between two cores, said cores being intended to form hollow chambers of the channel.
  • Each core may include a second part intended to form an inlet or outlet orifice, said second portion extending from a first part intended to form one of said hollow chambers of the channel.
  • the invention relates to a method of making a fluidics comprising a channel in which a fluid is intended to flow, the channel being delimited by the walls of a housing. Inside the channel is a porous medium with open pores capable of being traversed by the fluid.
  • the porous medium is called hereafter metallic foam ( metallic foam, in English).
  • the metal foam and at least a first main wall of the housing partially delimiting the channel are made of the same metal material and in a single piece.
  • the fluidic device can find various applications, for example in the field of heat exchangers or in that of filtration.
  • the fluidic device forms a heat exchanger suitable for dissipating the heat produced by a component, for example a power electronic component, the latter being placed against a wall of the fluidic device.
  • a component for example a power electronic component
  • Other types of components can be cooled by such a heat exchanger, for example automotive or nuclear components.
  • the heat transfer fluid intended to flow in channel 3 of the fluidic device may be liquid or gaseous.
  • the fluidic device comprises, located inside the channel, a metallic foam in the form of a solid porous medium with open pores.
  • This porous medium therefore forms a three-dimensional network of interconnected pores.
  • the metal foam is made of a solid metal material such as, for example, aluminum or an aluminum alloy, for example an alloy of the type AISi7MgO, 6, but any other type of casting alloy having good castability. can be used.
  • Other materials can also be used such as, for example, zinc alloys, copper, cast irons, steels ...
  • the metal foam has a network of pores distributed spatially in a random manner.
  • random spatial distribution is understood to mean that the mutual arrangement of the pores is substantially aperiodic and has substantially no privileged direction: the orientation of the pores in the matrix is random.
  • Such a network of pores is thus distinguished from regular networks of beads such as that described in the example of the prior art mentioned above.
  • the metal foam and at least a first main wall of the case delimiting at least in part the channel are made of the same metal material and in a single piece.
  • the metal foam and the first main wall are made monolithically, that is to say in a single piece, the mechanical connection being ensured. by the metallurgical continuity of the metallic material forming these two parts, cast together in one and the same operation. It is thus understood that by being made in one piece and in the same metallic material, the metallic foam is assembled to the first main wall without the presence of an intermediate fixing layer, such as a layer of a material. solder or solder, located at the interface between the metal foam and the first main wall.
  • the metal foam may have a porosity greater than or equal to 10%, for example between 60% and 90%, and preferably between 65% and 85%. Porosity is understood as the ratio between the cumulative volume of the pores over the total volume of the metal foam.
  • the pores may have an average millimeter size.
  • the average pore size can be, for example, between 1mm and 10mm, or even between 2mm and 8mm.
  • the mean size is understood to be the mean, for example arithmetic, of the mean maximum size and of the mean minimum size of the pores.
  • the average maximum size is the average of the maximum pore sizes and the average minimum size is the average of the minimum pore sizes.
  • the pores are of a similar size.
  • the term similar is understood to mean that the pores have a size of between +/- 10% of a value.
  • this value can be between 1 mm and 10 mm, and even more preferably between 2 mm and 8 mm.
  • the metal foam can have a specific surface area of between 200 m 2 / m 3 and 1500 m 2 / m 3 .
  • specific surface is meant the actual surface area of the pores, in other words, the developed surface of the foam, over the total volume of the metal foam. It can be estimated conventionally by X-ray tomography.
  • the metal foam can be made from aluminum, by a molding process comprising a casting step during which an infiltration of a destructible preform takes place.
  • This preform can be made of a material based on salt dough, as described for example in document EP2118328 , or even in a silicone-based material as described for example in document FR2992660 .
  • the first main wall 10 is preferably a heat exchange wall, the outer face of which has a surface suitable for receiving a component to be cooled.
  • external face is meant a face of the wall opposite to the internal face oriented towards the channel 3.
  • Figure la is a schematic view in longitudinal section and in perspective of a fluidic device 1 and figure 1b is a bottom view, schematic in longitudinal section, of the fluidic device 1 shown in figure 1a .
  • the fluidic device 1 comprises a channel 3 which extends along a substantially rectilinear longitudinal axis. Furthermore, the metal foam 30 is made in one piece and in the same material with the main walls 10, 20 transversely delimiting the channel 3.
  • the length of channel 3 is defined as the distance, here along the X axis, between two inlet 4A and outlet 4B ports; the width of the channel 3 as the distance, along the Y axis, between two internal faces opposite to each other of a side wall 40 of the channel 3; and the height of the channel 3 as the distance, along the Z axis, between the two internal faces 11, 21 of the main walls 10, 20.
  • the fluidic device 1 comprises a housing 2 formed of walls whose internal faces define a channel 3.
  • the housing 2 is here formed of two main walls 10, 20 opposite to each other along the Z axis, and of a side wall 40 circumferentially connecting the main walls 10, 20 to one another, that is to say along the perimeter of the channel 3.
  • the internal faces of the different walls, that is to say the faces facing channel 3 together delimit channel 3.
  • first and second main walls 10, 20 are substantially planar and parallel to each other. They each have an internal face 11, 21 and an external face 12, 22, opposite to each other, substantially flat. They are connected to each other in a sealed manner by the side wall 40.
  • the first main wall 10 forms a heat exchange wall with a component to be cooled, and has a surface of its external face. 12 substantially planar in order to receive the component to be cooled.
  • the housing 2 here has a profile, in the plane (X, Y), of rectangle shape, but other shapes are possible, for example circular or oval, or even square or polygonal.
  • Channel 3 here has the general shape of a flattened parallelepiped. In other words, the channel has a height less than its width and its length, thus making it possible to optimize the exchange surface between the heat transfer fluid and the first main heat exchange wall 10.
  • the housing 2 has through orifices which open into the channel 3, and form inlet 4A and outlet 4B orifices. They are arranged along the longitudinal axis of channel 3 so as to allow the introduction and evacuation of the heat transfer fluid in channel 3.
  • the inlet 4A and outlet 4B orifices are formed through the same second main wall 20, and are intended to receive the ends of fluid conduits (not shown) for the supply and discharge of the heat transfer fluid.
  • the orifices 4A, 4B can be arranged at the level of the first main wall 10, or even at the level of the side wall 40.
  • the cross section of the orifices 4A, 4B has a surface smaller than that of a section. right of channel 3. By straight section, is meant a section along a plane orthogonal to the longitudinal axis of the element considered.
  • the fluidic device 1 further comprises a metal foam 30, located in the channel 3 between the inlet 4A and outlet 4B orifices. It is in the form of a porous block with open pores distributed spatially in a random manner, which here fills a part of the channel 3. More precisely, the metal foam 30 fills the surface of a cross section of the channel 3, in the plane (Y, Z), and extends longitudinally along the X axis over part of the channel 3. Thus, it is in contact with part of the internal faces of the main walls 10, 20 and side walls 40, so that the heat transfer fluid, flowing in the channel 3 between the inlet 4A and outlet 4B orifices, necessarily passes through the metal foam 30.
  • a metal foam 30 located in the channel 3 between the inlet 4A and outlet 4B orifices. It is in the form of a porous block with open pores distributed spatially in a random manner, which here fills a part of the channel 3. More precisely, the metal foam 30 fills the surface of a cross section of the channel 3, in the plane
  • the metal foam 30 is made of the same material and integrally with the first main wall 10, and, in this example, with the second main wall 20 and the side wall 40.
  • the metal foam 30 and the walls main 10, 20 and side 40 of the housing 2 form a single piece, monolithic, made of the same material. It is therefore understood that the metal foam 30 is not fixed to said walls by an intermediate fixing layer such as a layer of a brazing or welding material but that the mechanical connection is ensured by a metallurgical continuity formed by the material.
  • metallic foams and said walls cast together in one and the same operation.
  • the metal foam 30 is located between two hollow chambers, called inlet 5A and outlet 5B, and therefore does not extend over the entire length of channel 3.
  • the inlet chamber 5A, into which opens the inlet orifice 4A, is delimited by the walls of the housing 2 and a free face called upstream 31A of the metal foam 30.
  • the outlet chamber 5B, into which the outlet orifice 4B opens, is delimited by the walls of the housing 2 and a so-called downstream free face 31B of the metal foam 30.
  • the thermal transfer properties of the fluidic device 1 are improved, and in particular the overall exchange coefficient.
  • the mechanical strength of the fluidic device 1 is also improved, which makes it possible to preserve the fluidic and thermal properties of the device 1 in operation.
  • the fixing of the metal foam 30 to the first main wall 10 is ensured by the metallurgical continuity between these two parts and is therefore not carried out by means of an intermediate layer of a welding or brazing material, such a material being capable of exhibiting a thermal conductivity lower than that of the metallic material of the first main wall 10 and of the metallic foam 30.
  • the thermal transfer properties of the fluidic device 1 are therefore improved, and in particular the overall exchange coefficient h g of the device.
  • global heat transfer coefficient h g or global heat transfer coefficient, is meant the coefficient quantifying the flow of energy which passes through the first main wall 10 and the metal foam 30, coming from the component to be cooled to the heat transfer fluid.
  • This coefficient depends in particular on the heat exchange coefficient h p of the first main wall 10 and on the coefficient h m of the metal foam 30, and in general, on any possible intermediate layer located between the first main wall 10 and the foam metallic 30.
  • the heat exchange coefficient is conventionally defined as the ratio ⁇ Q / S. ⁇ T where ⁇ Q is the thermal energy transferred, S the heat exchange surface, and ⁇ T the temperature difference on either side of the surface. exchange.
  • the absence here of such an intermediate layer of brazing or solder therefore makes it possible not to degrade the value of the overall exchange coefficient of the fluidic device 1, which results in an optimization of the thermal transfer properties of the fluidic device 1. .
  • the thermal transfer properties of the fluidic device 1 are further improved by the fact that the open pores of the metallic foam are spatially distributed in a random manner.
  • the heat transfer fluid then flows in the metallic foam 30 without presenting a preferred direction of flow, which tends to improve the heat transfer between the fluidic device 1 and the heat transfer fluid.
  • the mechanical strength of the fluidic device 1 is improved insofar as the absence of an intermediate layer of brazing or welding between the metal foam 30 and the first main wall 10, and here between the foam and the other walls of the housing , leads to better mechanical resistance vis-à-vis a possible concentration of mechanical stresses at the interface between the metal foam 30 and the walls of the case.
  • the operating conditions of the fluidic device 1 in operation in particular in terms of pressure and / or temperature, can generate mechanical stresses that come to be concentrated at the interface between the metal foam 30 and the wall or walls in contact with the latter.
  • the concentration of stresses can cause detachment of the wall vis-à-vis the metallic foam 30. This detachment can then lead to a degradation of the flow properties of the fluid in the wall. the metal foam 30, and, where appropriate, a degradation of the heat transfer properties.
  • such a fluidic device 1, of which the first main wall 10 and the metal foam 30 are made in one piece and in the same material, can be obtained by a simplified production process, an example of which is now described.
  • the metal foam 30 advantageously has a porosity ranging from approximately 65% to 85% and an average pore size of between approximately 2 mm and 8 mm. It is advantageous for the pores to have a similar dimension of between 2 mm and 8 mm.
  • the inventors have in fact observed that such a metallic foam 30 with open pores and spatially distributed in a random manner then has a particularly large specific surface area, ranging from 200m 2 / m 3 to 1500m 2 / m 3 approximately, which greatly increases the thermal transfer properties of the fluidic device 1.
  • FIG. 1e illustrates specific surface area values of the metal foam 30 as a function of the porosity and the average pore size, these specific surface values being obtained from measurements by X-ray tomography. It emerges that for a porosity ⁇ between approximately 65% and 85%, the specific surface area Sp increases sharply, ranging from approximately 200 m 2 / m 3 for an average pore size of approximately 8 mm, at around 1500m 2 / m 3 for an average pore size of around 2mm. By way of illustration, the specific surface area of the metallic foam 30 is of the order of 630 m 2 / m 3 for a porosity of approximately 73.9% and an average pore size of the order of 5 mm.
  • the specific surface can increase to 1490 m 2 / m 3 for a porosity of approximately 72.4% and an average pore size of the order of 2 mm.
  • the presence in the channel 3 of a metallic foam 30 exhibiting these high specific surface values makes it possible to substantially increase the thermal transfer properties of the fluidic device 1.
  • the figures 2a to 2e illustrate different steps of an exemplary method of producing the fluidic device 1 according to the first embodiment as illustrated in FIG.
  • the fluidic device 1 is produced here by a “low pressure” type molding technique comprising a step of infiltrating a preform simultaneously with the casting of the liquid metal.
  • Molding of the "low pressure" type is a technique in which a pressure force, here overpressure, is applied to the surface of a liquid metal located in a furnace supplying the mold, so as to cause the liquid metal to rise back into the mold. the mold as well as its infiltration into the preform.
  • a vacuum can be applied in the mold so that the liquid metal undergoes a so-called suction vacuum force causing the mold to be filled as well as its infiltration into the preform.
  • the pressure values used are suitable for the liquid metal to infiltrate the interstices of the preform so as to ultimately obtain the desired metal foam.
  • molding techniques applied to a preform made of salt dough or of a silicone-based material, are suitable for producing a metallic foam with open pores distributed spatially in a random manner and capable of reaching high specific surface values.
  • the inventors have observed that other molding techniques, for example gravity molding, do not make it possible to produce metal foams having these characteristics.
  • a part 50 is produced formed of a preform 51 assembled with two cores 53A, 53B arranged on either side of the preform 51.
  • the two cores 53A, 53B are in contact with the two opposite transverse faces 52A, 52B. 'one to the other of the preform 51, called the upstream and downstream faces.
  • Each core 53A, 53B here comprises a first part 54A, 54B intended to form the inlet 5A or outlet 5B chamber, which extends along the longitudinal axis of the preform 51. It has here a thickness along the axis. Z substantially equal to that of the preform 51, and a profile in the plane (X, Y) which is substantially triangular with a rounded top.
  • Each core 53A, 53B further comprises a second part 55A, 55B, intended to form the inlet 4A or outlet 4B, which extends from the first part 54A, 54B in a manner substantially orthogonal to the main plane. (X, Y) of the preform 51.
  • each core 53A, 53B comprises a third part 56A, 56B, intended to ensure the maintenance of the part 50 in a so-called suspended position vis-à-vis the internal faces of a mold 60, which extends in the extension of the second part 55A, 55B.
  • the cores 53A, 53B are destructible and can be made of sand typically agglomerated with resin.
  • the preform 51 is intended to form the metal foam 30. It can be made from salt dough in accordance with the process described in the document. EP2118328 or from a silicone-based material according to the process described in the document FR2992660 .
  • the preform 51 is made of silicone elastomer according to the method described in the document FR2992660 . First of all, separate elements of silicone elastomer, of millimeter size, for example by extrusion and then cutting are produced. These elements are then agglomerated using a binder then the assembly obtained is polymerized in a core box, the imprint of which defines the desired final dimensions of the preform 51. After stripping and then removing any solvents, one obtains a porous preform 51 with interconnected interstices of silicone elastomer.
  • a mold 60 for example a sand mold, and more precisely in the cavity 65 of the mold, the dimensions of which define the desired dimensions of the housing 2.
  • the mold 60 is formed of two parts 61, 63, say yokes, which, when in contact, together delimit the cavity 65, namely the interior cavity of the mold 60 in which the part 50 is placed.
  • the mold 60 further comprises a supply duct 66 for introducing the liquid metal into the cavity 65.
  • the upper yoke 63 has an internal face 64 which partially surrounds the part 50 without contacting it.
  • the space separating the upper yoke 63 from the part 50 is intended to form the first main wall 10 and part of the side wall 40.
  • the lower yoke 61 has an internal face 62 which partially surrounds the part 50, the space separating the yoke 61 from the part 50 is intended to form the second main wall 20 as well as a part of the side wall 40.
  • This space is crossed by the second parts 55A, 55B of the cores intended to form the orifices d 'input 4A and output 4B.
  • part 50 and more particularly the preform 51 and the first parts 54A, 54B of the cores, are kept at a distance from the internal faces of the mold 60 by the engagement of the third parts 56A, 56B of the cores in housings provided in the internal face 62 of the lower yoke 61.
  • the part 50 is preheated to a temperature which may be of the order of 80 ° C to 250 ° C, for example at approximately 150 ° C.
  • the liquid metal is poured into the cavity 65 of the mold 60 according to the so-called “low pressure” process.
  • the most commonly used alloy is of the AlSi7Mg0.6 type, but any other type of casting alloy having good flowability can be used.
  • the temperature can be of the order of 800 ° C to 820 ° C.
  • the liquid metal thus fills the supply duct 66 then fills the cavity 65 of the mold 60 placed under overpressure, typically from 700 mbar to 1.5 bar.
  • the metal also infiltrates the interstices of the preform 51 made of silicone elastomer, and also surrounds the preform 51 and the cores 53A, 53B.
  • a fourth step after solidification and cooling, the mold 60 is released and the molded part 57 is removed. After deburring and machining of the part mold 57, and elimination of the remaining silica powder, the fluidic device 1 shown in FIG. figure 2e .
  • the metal foam 30 has a length of 105mm, a width of 50mm for a thickness of 10mm to 35mm. It has a porosity of the order of 70% to 75% with open pores and distributed spatially in a random manner.
  • the first main wall 10 has a thickness of about 2mm and the second main wall 20 has a thickness of about 5mm.
  • the inlet 4A and outlet 4B orifices may have a diameter of the order of 5 to 15 mm.
  • the specific surface of the metal foam can be adjusted as a function of the average size of the pores and of the porosity, these parameters being adapted during the manufacture of the preform, in particular via the dimensions of the agglomerated elements of silicone elastomer.
  • the production of the fluidic device 1 can be carried out by a molding technique of the “low pressure” type comprising the infiltration of a preform based on salt dough previously obtained according to the process described in the document. EP2118328 .
  • the method comprises steps identical or similar to those described with reference to figures 2a to 2e .
  • the preform 51 is produced by mixing ground salt particles, a thermodegradable organic binder, and a wetting agent.
  • a preform 51 of porous salt dough with interconnected interstices is thus obtained.
  • a step of removing the wetting agent, decomposing the binder and hardening the preform 51 can be carried out, in particular by a step of baking the preform 51 at a temperature of the order of 100 ° C., followed by a pyrolysis step at a temperature of the order of 500 ° C.
  • the part 50 formed of the preform 51 and of the cores 53A, 53B is placed in the cavity 65 of the mold 60, this part 50 preferably being preheated to a temperature for example of 600 ° C.
  • the liquid metal is poured at a temperature of the order of 750 ° C. with an overpressure typically of 700 mbar to 1.5 bar.
  • the most commonly used alloy is of the AlSi7Mg0.6 type, but any other type of casting alloy having good flowability can be used.
  • the liquid metal infiltrates into the interconnected interstices of the preform 51 so as to form the metal foam 30.
  • the molded part 57 is removed from the cavity 65 of the mold 60 and the salt of the preform 51 is removed with a solvent.
  • the fluidic device 1 illustrated in figure 2e the fluidic device 1 illustrated in figure 2e .
  • the metallic foam forms a network of open pores distributed in a random manner.
  • the specific surface of the metal foam can be adjusted as a function of the average size of the pores and of the porosity, these parameters being adapted during the manufacture of the preform, in particular via the dimensions of the agglomerated particles of salt dough.
  • the method of producing the fluidic device 1 is simplified in that the production of the metal foam 30 and of the first main wall 10 in one piece and in the same material is carried out during a single and same step of casting of the liquid metal, this step allowing the molding of the housing 2 and the infiltration of the preform 51.
  • This avoids any step of machining the housing to form the channel 3, as well as any step of fixing the metal foam 30 to the first main wall 10 by means of a fixing layer, for example a layer of solder.
  • This example of a method is particularly advantageous here insofar as the metal foam 30 is also made in one piece and in the same material with the second main wall 20 and with the side wall 40, and that the metal foam obtained forms a network of open pores with random spatial distribution.
  • the mechanical strength of the fluidic device 1 and the overall exchange coefficient are thereby improved.
  • the figure 3 is a schematic perspective view of a fluidic device 1 with metallic foam 30 according to a second embodiment.
  • the fluidic device 1 differs from the fluidic device 1 described above with reference to figures 1a and 1b in that the metal foam 30 is made in one piece and in the same material with the first main wall 10 and the side wall 40, the second main wall 20 being an attached wall forming a cover for the channel 3.
  • the housing 2 comprises a channel 3 delimited transversely by the first main wall 10 and by the side wall 40.
  • the walls are here made in one piece and in the same material.
  • the metal foam 30 is located in the channel 3 between the two inlet 5A and outlet 5B chambers.
  • the housing 2 comprises a second main wall 20 which is in the form of an attached wall, the attachment of which to the side wall 40 of the housing 2 enables the channel 3 to be closed transversely in a sealed manner. It has two through orifices, called inlet 4A and outlet 4B, which respectively open into inlet chamber 5A and into outlet chamber 5B. Alternatively, the inlet 4A and outlet 4B orifices can be made, not at the level of the attached cover, but at the level of the side wall 40 or even at the level of the first main wall 10.
  • the attached cover 20 can be fixed to the side wall 40 of the housing 2 at the level of its upper contact face 43, as well as, preferably, to the metal foam 30.
  • the fixing can be carried out in a sealed manner by an intermediate layer of a solder material (not shown).
  • a solder material not shown
  • the channel 3 and the metal foam 30 have here a general shape and dimensions identical or similar to those described previously with reference to FIGS. 1a and 1b, and are not described again here.
  • the figures 4a to 4f illustrate steps of an exemplary method for producing the fluidic device 1 according to the second embodiment.
  • a porous preform 51 with interconnected interstices made of a material of salt dough or of silicone elastomer is produced in a manner identical or similar to the methods described above. Furthermore, no provision is made here to assemble the cores to the preform 51 as in part 50 described with reference to figure 2a .
  • a mold 60 is prepared with two screeds 61, 63, the lower screed 61 of which is similar or identical to the lower screed of figures 2b and 2c .
  • the upper yoke 63 comprises cores 53A, 53B in the form of portions projecting vis-à-vis an internal face 64, these cores being intended to form the inlet 5A and outlet 5B chambers. These cores are mounted to move in translation with respect to the upper yoke 63 so as to form the jaws of a vice making it possible to maintain the preform 51 in a so-called suspended position during molding.
  • the jaws are spaced from one another by a distance substantially equal to the length of the preform 51, and are arranged on either side of a surface 64c of the internal face 64 of the yoke upper 63, the latter being intended to be in contact with the preform 51.
  • the preform 51 is placed in contact with the contact surface 64c, so that the upstream and downstream faces of the preform 51 are in respective contact with the jaws. These exert a holding force on the preform 51 making it possible to keep the latter in position, without causing compression of the preform 51 capable of modifying its porosity.
  • a third step ( figure 4c ) the mold 60 is closed by placing the upper 63 and lower 61 yokes in mutual contact.
  • the preform 51 is held in a suspended position vis-à-vis the internal face 62 of the lower yoke 61, this space being intended for in particular, forming the first main wall 10.
  • a lateral space between the jaws and the internal face 62 of the lower yoke 61 is intended for forming the lateral wall 40 of the housing 2.
  • the liquid metal is then poured through the supply duct 66, so that the metal fills the cavity 65 of the mold 60 and therefore the space separating the internal face 62 from the preform 51 on the one hand. , and bits on the other hand. At the same time, the metal infiltrates into the interstices of the preform 51. This step is similar or identical to that described above with reference to figure 2b .
  • the second main wall 20 of the housing 2 is not produced during this step.
  • the housing 2 thus comprises the metal foam 30 made in one piece and in the same material with the first main wall 10 and with the wall lateral 40 delimiting the channel 3.
  • the remaining silica or salt paste is then removed.
  • This step is simplified insofar as the channel 3 does not have a closed cross section delimited by the different walls of the housing 2. We have in fact access to the channel 3 and to the metal foam 30 through an opening formed by the absence of the second main wall 20.
  • a layer of a brazing material is deposited in the contact zone between the insert cover 20 and the side wall 40, as well as in the contact zone between the insert cover 20 and the free face of the metal foam 30.
  • the channel 3 is closed using the attached cover and the fluidic device 1 thus obtained is placed in a brazing furnace.
  • the figure 5 is an exploded perspective view of a fluidic device 1 according to the third embodiment.
  • the fluidic device 1 is formed by a housing 2 of substantially circular transverse profile. It comprises a side wall 40 delimiting the channel 3 in the plane (X, Y) and two opposite main walls 10, 20 delimiting the channel 3 along the Z axis.
  • the two main walls 10, 20 are fixed to the side wall 40 in a sealed manner by a layer of solder (not shown).
  • a layer of solder not shown
  • at least one of the main walls 10, 20 can be made in one piece and in the same material with the side wall 40.
  • Each main wall 10, 20 is made in one piece and in the same material with a metal foam 30-1, 30-2.
  • the metal foams 30-1, 30-2 can have a diameter equal to or less than that of the main walls 10, 20.
  • the two main walls 10, 20 provided with the respective metal foams 30-1, 30-2 are assembled to one another along the Z axis by means of a fluidic manifold 6 interposed between the two metal foams 30 -1, 30-2.
  • the collector 6 has a solid volume of cylindrical shape, with a diameter substantially equal to that of the main walls 10, 20, and is assembled in a sealed manner to the side wall 40.
  • the collector 6 comprises a collection duct which extends between two input ends 7A and an output end 7B.
  • the inlet ends 7A both open out onto the upper and lower faces, opposite one another, of the manifold 6, and therefore face the metal foams 30-1, 30-2, and are preferably positioned in the center of the manifold 6.
  • the outlet end 7B opens onto the circumferential face of the manifold 6.
  • the channel 3 is formed of a lower part delimited between the first main wall 10 and the lower face of the manifold 6 and containing the metal foam 30-1, and an upper part delimited between the second main wall 20 and the upper face of the collector 6 and containing the metal foam 30-2.
  • Channel 3 continues through the collection duct which connects the two parts of channel 3 to the outlet end 7B.
  • the housing 2 further comprises an inlet 4A and an outlet 4B of the channel 3 positioned at the side wall 40 of the housing 2, intended to allow the supply of the fluid in the two lower and upper parts of the channel. 3, and the discharge of the fluid from the outlet end 7B of the collection duct.
  • the inlet 4A has a transverse dimension adapted to allow the introduction of the fluid at the same time in the two parts of the channel 3, so that the fluid flows through the two metal foams 30-1, 30 -2 and receives heat from of one or the other, or of the two main walls 10, 20.
  • the fluid then flows in the collection duct from the inlet ends 7A to the outlet end 7B.
  • the outlet orifice 4B is positioned opposite the outlet end 7B of the collection duct, so that the fluid can be directly discharged without circulating again in the lower and upper parts of the channel 3.
  • each main wall 10, 20 can be made in one piece and in the same material with the corresponding metal foam 30-1, 30-2, by a low-pressure molding process with an infiltration step of a preform 51 made of salt dough or silicone-based, this infiltration step being concomitant with the casting.
  • the assembly of the walls 10, 20, 40 and the collector 6 can be carried out by brazing.
  • a device obtained according to the invention, and preferably by the third embodiment described above, makes it possible to obtain a thermal performance similar to the known products, with a lower pressure loss, by a factor at least greater than 2 , preferably 5 and even more preferably 7. Such a device thus makes it possible, for example, to use less powerful fluid circulation pumps.
  • the figure 6a is a schematic bottom view of a metal foam fluidic device according to a fourth embodiment.
  • the fluidic device 1 differs from the fluidic devices 1 described above in Figures la, 1b and 3 in that the metallic foam 30 is made in one piece and in the same material with the first main wall 10 ( Fig 6b ).
  • the side wall 40 comprises the walls of a hollow section 70.
  • the metal foam 30 is made in one piece and in the same material with the second main wall 20 ( Fig 6b ), opposite the main wall 10.
  • This fourth embodiment differs from the embodiments previously described by the fact that the preform 51 intended to form the metal foam 30 is held in a hollow profile 70.
  • the use of a profile 70 facilitates the handling of the preform and its positioning in the mold 60. It may be advantageous for the dimensions of the profile 70 to be adapted such that the external faces of the walls of the profile are in contact with the side walls of the cavity 65 of the mold and constitute the side faces of the housing 2.
  • the thickness of the walls of the profile is between 1 mm and 5 mm, or even more preferably between 2 mm and 3 mm.
  • the figures 7a to 7e illustrate steps of an exemplary method for producing the fluidic device 1 according to the fourth embodiment.
  • a part 80 is produced formed of a hollow section 70 'and a part 50'.
  • the part 50 ' consists of a preform 51' assembled with two cores 53A ', 53B' arranged on either side of the preform 51 'as in the first embodiment ( Fig 7a ).
  • the preform 51 ′ is intended to form the metal foam 30. It can be obtained from salt dough or from silicone.
  • the part 50 ' fits into a chamber of the hollow section 70'.
  • the hollow section 70 ' has a single chamber.
  • the side faces of the preform 51 ' are in contact with the interior walls of the chamber of the profile 70'.
  • the part 80 is then placed in the cavity 65 'of the mold 60'.
  • the mold 60 ' consists of two parts 61' and 66 '. This part 80 is preferably preheated ( Fig 7c ).
  • the liquid metal is poured into the cavity 65 'of the mold 60'.
  • the mold 60 ' is unhooked and the molded part 57' is removed. After deburring and machining of the molded part 57 ', and removal of the residues from the preform 51', the fluidic device 1 shown in FIG. figure 7e .
  • This fourth embodiment allows the production of a case 2, the two main walls of which and the metal foam 30 are obtained in one piece if the cores 55A, 55B, 56A and 56B are used as described in the first embodiment. realization or the realization of a box 2 of which a single main wall and the metal foam 30 are obtained in one piece as described in the second embodiment
  • the fluidic device may not include inlet chambers located on either side of the metal foam.
  • the inlet and outlet openings pass through a wall of the housing and then open directly at the level of the metal foam.
  • the fluidic device may include structures located at the level of the external faces of the walls of the case, these structures being able to improve the dissipation of heat emitted by the component to be cooled. These structures can, by way of illustration, be in the form of cooling fins.
  • the fluidic device can be subjected to a heat treatment in order to improve its mechanical strength and / or its thermal conductivity.
  • This heat treatment step can be carried out after demolding, before or after machining of the molded part. It may for example consist of a solution and quenching treatment, optionally followed by tempering.
  • the fluidic device can be subjected to a surface treatment in order to improve its resistance to corrosion or its resistance to abrasion or any other property necessary for the use of the device.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • Le domaine de l'invention est celui des dispositifs fluidiques comportant un canal formé dans un boîtier, dans lequel se situe un milieu poreux à pores ouverts en un matériau métallique appelé mousse métallique. L'invention s'applique par exemple en tant qu'échangeur de chaleur assurant le transfert thermique entre un composant disposé contre une paroi du boîtier, par exemple un composant électronique de puissance ou un composant du domaine automobile ou nucléaire, et un fluide caloporteur circulant dans le canal et traversant la mousse métallique. L'invention peut également s'appliquer au domaine de la filtration de fluide.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
  • On connaît des échangeurs de chaleur, également appelés dissipateurs thermiques, se présentant sous la forme d'un dispositif fluidique comportant un canal, formé dans un boîtier, qui s'étend entre des orifices d'entrée et de sortie. Le boîtier peut alors comporter une paroi principale, dite paroi d'échange thermique, dont la face interne participe à délimiter le canal et la face externe forme un support pour recevoir un composant à refroidir, par exemple un composant électronique. Enfin, il est prévu qu'un fluide caloporteur, liquide ou gazeux, s'écoule dans le canal pour recevoir puis évacuer la chaleur produite par le composant électronique.
  • Dans le but d'augmenter la surface d'échange thermique avec le fluide caloporteur, un milieu poreux à pores ouverts formant un réseau fluidique tridimensionnel peut être disposé dans le canal de manière à être en contact avec la paroi d'échange.
  • DE 20 2011 110 243 décrit un dispositif fluidique, comportant: un boîtier comprenant un canal délimité par des parois, dont une première paroi principale, le canal s'étendant entre deux orifices, dits d'entrée et de sortie; et un milieu poreux à pores ouverts en un matériau métallique, dit mousse métallique, situé dans le canal entre lesdits orifices d'entrée et de sortie, la mousse métallique et ladite première paroi principale étant réalisées d'un seul tenant et en un même matériau, et la mousse métallique présentant une distribution spatiale aléatoire des pores.
  • Le document WO2004/079792 décrit un exemple d'un tel dispositif fluidique échangeur de chaleur. Un canal est délimité en partie par un boîtier et comporte un milieu poreux à pores ouverts apte à être traversé par un fluide caloporteur. Une paroi principale d'échange thermique du boîtier présente une face externe contre laquelle est disposé un composant à refroidir, et une face interne en contact avec ce milieu poreux. Dans cet exemple, le milieu poreux est un réseau régulier de billes assemblées les unes aux autres, fixé aux faces internes du canal par l'intermédiaire d'un matériau de brasure.
  • Il serait cependant souhaitable de pouvoir disposer d'un dispositif fluidique présentant un coefficient de transfert thermique amélioré, ce coefficient étant relatif au transfert thermique entre la paroi principale d'échange thermique destinée à recevoir un composant à refroidir et le fluide caloporteur circulant dans le canal. Ce coefficient de transfert thermique est également appelé coefficient d'échange global.
  • Il serait également souhaitable de pouvoir disposer, plus généralement, d'un dispositif fluidique présentant, en fonctionnement, une tenue mécanique améliorée, préservant ainsi les propriétés d'écoulement du fluide dans le canal et, le cas échéant, les propriétés de transfert thermique entre la paroi principale d'échange thermique et le fluide caloporteur.
  • Il existe par ailleurs un besoin de pouvoir disposer d'un procédé simplifié de réalisation d'un dispositif fluidique présentant l'une et/ou l'autre de ces améliorations.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé de réalisation d'un dispositif fluidique comportant un canal dans lequel est situé un matériau poreux à pores ouverts, présentant une tenue mécanique améliorée et, le cas échéant, un coefficient d'échange global amélioré.
  • Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de réalisation d'un dispositif fluidique selon la revendication 1.
  • Selon l'invention, la mousse métallique et ladite première paroi principale sont réalisées d'un seul tenant et en un même matériau, et la mousse métallique présente une distribution spatiale aléatoire des pores.
  • Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce dispositif fluidique sont les suivants :
    De préférence, la mousse métallique présente une surface spécifique comprise entre 200m2/m3 et 1500m2/m3, une porosité comprise entre 65% et 85%, et une taille moyenne des pores comprise entre 2mm et 8mm.
  • La section droite des orifices d'entrée et de sortie peut présenter une surface inférieure à celle de la section droite du canal.
  • Le boîtier peut comporter une seconde paroi principale opposée à la première paroi principale, délimitant en partie le canal, la mousse métallique et ladite seconde paroi principale étant en outre réalisées d'un seul tenant et en un même matériau.
  • Le boîtier peut comporter une seconde paroi principale opposée à la première paroi principale délimitant en partie le canal, ladite seconde paroi principale étant une paroi rapportée, fixée de manière étanche à une paroi latérale du boîtier.
  • Le boîtier peut comporter une paroi latérale s'étendant entre la première paroi principale et une seconde paroi principale opposée à la première paroi, et délimitant le canal de manière circonférentielle, la mousse métallique et ladite paroi latérale étant en outre réalisées d'un seul tenant et en un même matériau.
  • Les orifices d'entrée et de sortie peuvent déboucher dans des chambres creuses du canal situées de part et d'autre de la mousse métallique suivant un axe longitudinal du canal.
  • Selon un mode de réalisation, le dispositif fluidique peut comporter :
    • une première mousse métallique réalisée d'un seul tenant avec ladite première paroi principale et en un même matériau, et
    • une seconde mousse métallique réalisée d'un seul tenant avec une seconde paroi principale opposée à la première paroi, et en un même matériau,
    • lesdites première et seconde mousses métalliques étant assemblées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un collecteur fluidique comportant au moins un conduit de collection s'étendant entre deux extrémités d'entrée débouchant au niveau desdites première et seconde mousses métalliques et une extrémité de sortie débouchant au niveau de l'orifice de sortie.
  • Les première et seconde parois principales, les première et seconde mousses métalliques et le collecteur peuvent présenter un profil sensiblement circulaire, les parois principales et le collecteur étant assemblés de manière étanche à une paroi latérale circonférentielle du boîtier.
  • L'orifice d'entrée peut présenter une diamètre adapté à permettre l'introduction d'un fluide de part et d'autre du collecteur de manière à pouvoir s'écouler dans les première et seconde mousses métalliques avant de rejoindre les extrémités d'entrée du conduit de collection.
  • La forme de la préforme poreuse peut être parallélépipédique, circulaire ou toute autre forme géométrique. Elle peut comporter des parois latérales et des parois supérieures et inférieures.
  • La préforme peut être disposée dans une empreinte d'un moule et maintenue à distance d'une face interne d'une chape du moule, l'espace séparant ladite face interne et la préforme étant destinée à former la première paroi principale.
  • La préforme peut être maintenue dans un profilé creux ; de manière préférée, au moins une paroi latérale de ladite préforme est en contact avec au moins une face intérieure des parois dudit profilé creux. Ledit profilé creux dans lequel est disposée la préforme peut être inséré dans une empreinte d'un moule. Au moins une face inférieure ou supérieure de la préforme est maintenue à distance d'une face interne d'une chape du moule. De manière préférée, lors de l'étape de moulage, les parois du profilé sont partiellement ou totalement fondues. De manière préférée, le dispositif fluidique présente au moins une paroi de la mousse métallique en contact avec une paroi du profilé. De manière préférée, au moins une partie des parois du profilé et une partie de la mousse métallique sont en continuité métallurgique dû au mélange du métal liquide injecté pour fabriquer la mousse avec le métal fondu du profilé.
  • La préforme peut être intercalée longitudinalement entre deux noyaux, lesdits noyaux étant destinés à former des chambres creuses du canal.
  • Chaque noyau peut comporter une deuxième partie destinée à former un orifice d'entrée ou de sortie, ladite deuxième portion s'étendant à partir d'une première partie destinée à former l'une desdites chambres creuses du canal.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure la est une vue schématique en coupe longitudinale et en perspective d'un dispositif fluidique dans lequel la mousse métallique est réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec les parois du boîtier qui délimitent transversalement le canal ; la figure 1b est une vue schématique de dessous du dispositif fluidique représenté sur la figure la ; et la figure 1c illustre différentes valeurs de surface spécifique de la mousse métallique pour différentes valeurs de porosité et de taille moyenne de pores ;
    • les figures 2a à 2e représentent des étapes d'un procédé de réalisation du dispositif fluidique selon le premier mode de réalisation ;
    • la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un dispositif fluidique selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel l'une des parois principales délimitant le canal forme un capot rapporté ;
    • les figures 4a à 4f représentent des étapes d'un procédé de réalisation du dispositif fluidique selon le deuxième mode de réalisation ;
    • la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un dispositif fluidique selon un troisième mode de réalisation, dans lequel deux mousses métalliques, réalisées chacune d'un seul tenant et en un même matériau avec des parois principales, sont assemblées l'une à l'autre par un collecteur fluidique.
    • La figure 6a est une vue schématique de dessous selon un quatrième mode de réalisation, dans lequel les parois latérales du dispositif fluidique comprennent un profilé. La Figure 6b correspond à la vue en coupe selon l'axe A-A du dispositif selon le quatrième mode de réalisation.
    • Les figures 7a et 7e représentent les étapes d'un procédé de réalisation du dispositif selon le quatrième mode de réalisation.
    EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures.
  • Dans la suite de la description, les termes « sensiblement », « approximativement », « environ », « de l'ordre de » s'entendent « à 10% près ». Par ailleurs, les termes « compris entre ... et ... » et « allant de ... à ... » signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire. Les bornes s'entendent également « à 10% près ».
  • L'invention porte sur un procédé de réalisation d'un fluidique comportant un canal dans lequel un fluide est destiné à s'écouler, le canal étant délimité par les parois d'un boîtier. A l'intérieur du canal se situe un milieu poreux à pores ouverts apte à être traversé par le fluide. Le milieu poreux est appelé par la suite mousse métallique (metallic foam, en anglais). Selon l'invention, la mousse métallique et au moins une première paroi principale du boîtier délimitant en partie le canal sont réalisées en un même matériau métallique et d'un seul tenant.
  • Le dispositif fluidique peut trouver diverses applications, par exemple dans le domaine des échangeurs de chaleur ou dans celui de la filtration. Dans la suite de la description, et à titre purement illustratif, le dispositif fluidique forme un échangeur de chaleur adapté à dissiper la chaleur produite par un composant, par exemple un composant électronique de puissance, celui-ci étant disposé contre une paroi du dispositif fluidique. D'autres types de composants peuvent être refroidis par un tel échangeur de chaleur, par exemple des composants automobiles ou nucléaires. Le fluide caloporteur destiné à s'écouler dans le canal 3 du dispositif fluidique peut être liquide ou gazeux.
  • Le dispositif fluidique comporte, situé à l'intérieur du canal, une mousse métallique se présentant sous la forme d'un milieu poreux solide à pores ouverts. Ce milieu poreux forme donc un réseau tridimensionnel de pores interconnectés. La mousse métallique est réalisée en un matériau métallique solide tel que, par exemple, de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, par exemple un alliage du type AISi7MgO,6, mais tout autre type d'alliage de moulage présentant une bonne coulabilité peut être utilisé. D'autres matériaux peuvent aussi être utilisés tels que, par exemple, les alliages de zinc, de cuivre, les fontes, les aciers...
  • Selon l'invention, la mousse métallique présente un réseau de pores répartis spatialement de manière aléatoire. Par répartition spatiale aléatoire, on entend que l'agencement mutuel des pores est sensiblement apériodique et ne présente sensiblement pas de direction privilégiée : l'orientation des pores dans la matrice est aléatoire. Un tel réseau de pores se distingue ainsi des réseaux réguliers de billes tels que celui décrit dans l'exemple de l'art antérieur mentionné précédemment.
  • De plus, selon l'invention, la mousse métallique et au moins une première paroi principale du boîtier délimitant au moins en partie le canal sont réalisées en un même matériau métallique et d'un seul tenant. Par « réalisées d'un seul tenant et en un même matériau », on entend que la mousse métallique et la première paroi principale sont réalisées de manière monolithique, c'est-à-dire en une seule pièce, la liaison mécanique étant assurée par la continuité métallurgique du matériau métallique formant ces deux pièces, coulées ensemble en une seule et même opération. On comprend ainsi qu'en étant réalisées d'un seul tenant et en un même matériau métallique, la mousse métallique est assemblée à la première paroi principale sans la présence d'une couche intermédiaire de fixation, telle qu'une couche d'un matériau de brasure ou de soudure, située à l'interface entre la mousse métallique et la première paroi principale.
  • La mousse métallique peut présenter une porosité supérieure ou égale à 10%, par exemple comprise entre 60% et 90%, et de préférence comprise entre 65% et 85%. La porosité s'entend comme le rapport entre le volume cumulé des pores sur le volume total de la mousse métallique.
  • Par ailleurs, les pores peuvent présenter une taille moyenne millimétrique. La taille moyenne des pores peut être, par exemple, comprise entre 1mm et 10mm, voire entre 2mm et 8mm. La taille moyenne s'entend comme la moyenne, par exemple arithmétique, de la dimension maximale moyenne et de la dimension minimale moyenne des pores. La dimension maximale moyenne est la moyenne des dimensions maximales des pores et la dimension minimale moyenne est la moyenne des dimensions minimales des pores. De manière préférée, les pores ont une taille similaire. Le terme similaire s'entend en ce que les pores ont une dimension comprise entre +/-10% d'une valeur. De façon préférée cette valeur peut être comprise entre 1 mm et 10 mm, et de façon encore plus préférée entre 2 mm et 8 mm.
  • En outre, la mousse métallique peut présenter une surface spécifique comprise entre 200m2/m3 et 1500m2/m3. Par surface spécifique, on entend la superficie réelle de la surface des pores, autrement dit, la surface développée de la mousse, sur le volume total de la mousse métallique. Elle peut être estimée de manière classique par tomographie aux rayons X.
  • Comme il est décrit par la suite, la mousse métallique peut être réalisée à base d'aluminium, par un procédé de moulage comportant une étape de coulée au cours de laquelle a lieu une infiltration d'une préforme destructible. Cette préforme peut être réalisée en un matériau à base de pâte à sel, tel que le décrit par exemple le document EP2118328 , voire en un matériau à base de silicone comme le décrit par exemple le document FR2992660 .
  • Dans cette application d'échangeur de chaleur, la première paroi principale 10 est de préférence une paroi d'échange thermique dont la face externe présente une surface adaptée à recevoir un composant à refroidir. Par face externe, on entend une face de la paroi opposée à la face interne orientée vers le canal 3.
  • La figure la est une vue schématique en coupe longitudinale et en perspective d'un dispositif fluidique 1 et la figure 1b est une vue de dessous, schématique en coupe longitudinale, du dispositif fluidique 1 représenté sur la figure 1a.
  • Dans cet exemple, comme il est explicité par la suite, le dispositif fluidique 1 comporte un canal 3 qui s'étend suivant un axe longitudinal sensiblement rectiligne. Par ailleurs, la mousse métallique 30 est réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec les parois principales 10, 20 délimitant transversalement le canal 3.
  • On définit ici un repère orthonormé tridimensionnel (X,Y,Z), où le plan (X,Y) est sensiblement parallèle au plan des parois principales 10, 20 du dispositif fluidique 1, l'axe Z étant orienté suivant une direction sensiblement orthogonale au plan (X,Y). Ainsi, les termes « vertical » et « verticalement » s'étendent comme étant relatifs à une orientation suivant l'axe Z, et les termes « inférieur » et « supérieur » s'étendent comme étant relatifs à un positionnement suivant l'axe Z.
  • On définit la longueur du canal 3 comme la distance, ici suivant l'axe X, entre deux orifices d'entrée 4A et de sortie 4B ; la largeur du canal 3 comme la distance, suivant l'axe Y, entre deux faces internes opposées l'une à l'autre d'une paroi latérale 40 du canal 3 ; et la hauteur du canal 3 comme la distance, suivant l'axe Z, entre les deux faces internes 11, 21 des parois principales 10, 20.
  • Le dispositif fluidique 1 comporte un boîtier 2 formé de parois dont les faces internes délimitent un canal 3. Le boîtier 2 est ici formé de deux parois principales 10, 20 opposées l'une à l'autre suivant l'axe Z, et d'une paroi latérale 40 reliant de manière circonférentielle les parois principales 10, 20 l'une à l'autre, c'est-à-dire suivant le périmètre du canal 3. Les faces internes des différentes parois, c'est-à-dire les faces orientées vers le canal 3, délimitent ensemble le canal 3.
  • Dans cet exemple, les première et seconde parois principales 10, 20 sont sensiblement planes et parallèles l'une à l'autre. Elles présentent chacune une face interne 11, 21 et une face externe 12, 22, opposées l'une à l'autre, sensiblement planes. Elles sont reliées l'une à l'autre de manière étanche par la paroi latérale 40. Dans cet exemple, la première paroi principale 10 forme une paroi d'échange de chaleur avec un composant à refroidir, et présente une surface de sa face externe 12 sensiblement plane dans le but de recevoir le composant à refroidir.
  • Le boîtier 2 présente ici un profil, dans le plan (X,Y), de forme rectangle, mais d'autres formes sont possibles, par exemple circulaire ou ovale, voire carrée ou polygonale. Le canal 3 présente ici une forme générale de parallélépipède aplati. Autrement dit, le canal présente une hauteur inférieure à sa largeur et à sa longueur, permettant ainsi d'optimiser la surface d'échange entre le fluide caloporteur et la première paroi principale 10 d'échange thermique.
  • Le boîtier 2 comporte des orifices traversants qui débouchent dans le canal 3, et forment des orifices d'entrée 4A et de sortie 4B. Ils sont agencés suivant l'axe longitudinal du canal 3 de manière à permettre l'introduction et l'évacuation du fluide caloporteur dans le canal 3. Dans cet exemple, les orifices d'entrée 4A et de sortie 4B sont formés au travers de la même seconde paroi principale 20, et sont destinés à recevoir des extrémités de conduits fluidiques (non représentés) d'alimentation et d'évacuation du fluide caloporteur. En variante, les orifices 4A, 4B peuvent être disposés au niveau de la première paroi principale 10, voire au niveau de la paroi latérale 40. Par ailleurs, la section droite des orifices 4A, 4B présente une surface inférieure à celle d'une section droite du canal 3. Par section droite, on entend une section suivant un plan orthogonal à l'axe longitudinal de l'élément considéré.
  • Le dispositif fluidique 1 comporte en outre une mousse métallique 30, située dans le canal 3 entre les orifices d'entrée 4A et de sortie 4B. Elle se présente sous la forme d'un bloc poreux à pores ouverts répartis spatialement de manière aléatoire, qui remplit ici une partie du canal 3. Plus précisément, la mousse métallique 30 remplit la surface d'une section droite du canal 3, dans le plan (Y,Z), et s'étend longitudinalement suivant l'axe X sur une partie du canal 3. Ainsi, elle est en contact avec une partie des faces internes des parois principales 10, 20 et latérale 40, de sorte que le fluide caloporteur, s'écoulant dans le canal 3 entre les orifices d'entrée 4A et de sortie 4B, traverse nécessairement la mousse métallique 30.
  • La mousse métallique 30 est réalisée en un même matériau et d'un seul tenant avec la première paroi principale 10, et, dans cet exemple, avec la seconde paroi principale 20 et la paroi latérale 40. Ainsi, la mousse métallique 30 et les parois principales 10, 20 et latérale 40 du boîtier 2 forment une seul pièce, monolithique, réalisée en un même matériau. On comprend donc que la mousse métallique 30 n'est pas fixée auxdites parois par une couche intermédiaire de fixation tel qu'une couche d'un matériau de brasure ou de soudure mais que la liaison mécanique est assurée par une continuité métallurgique formée par le matériau métallique de la mousse métallique et desdites parois, coulées ensemble en une seule et même opération.
  • Dans cet exemple, la mousse métallique 30 est située entre deux chambres creuses, dites d'entrée 5A et de sortie 5B, et ne s'étend donc pas sur toute la longueur du canal 3. La chambre d'entrée 5A, dans laquelle débouche l'orifice d'entrée 4A, est délimitée par les parois du boîtier 2 et une face libre dite amont 31A de la mousse métallique 30. La chambre de sortie 5B, dans laquelle débouche l'orifice de sortie 4B, est délimitée par les parois du boîtier 2 et une face libre dite aval 31B de la mousse métallique 30.
  • Ainsi, par le fait que la première paroi principale 10 et la mousse métallique 30 sont réalisées d'un seul tenant et en un même matériau d'une part, et que la mousse métallique 30 forme un réseau de pores ouverts spatialement répartis de manière aléatoire d'autre part, on améliore les propriétés de transfert thermique du dispositif fluidique 1, et notamment le coefficient d'échange global. De plus, on améliore également la tenue mécanique du dispositif fluidique 1, ce qui permet de préserver les propriétés fluidiques et thermiques du dispositif 1 en fonctionnement.
  • En effet, la fixation de la mousse métallique 30 à la première paroi principale 10 est assurée par la continuité métallurgique entre ces deux pièces et n'est donc pas réalisée au moyen d'une couche intercalaire d'un matériau de soudure ou de brasure, un tel matériau étant susceptible de présenter une conductivité thermique inférieure à celle du matériau métallique de la première paroi principale 10 et de la mousse métallique 30. On améliore donc les propriétés de transfert thermique du dispositif fluidique 1, et notamment le coefficient d'échange global hg du dispositif. Par coefficient d'échange global hg, ou coefficient de transfert thermique global, on entend le coefficient quantifiant le flux d'énergie qui traverse la première paroi principale 10 et la mousse métallique 30, provenant du composant à refroidir jusqu'au fluide caloporteur. Ce coefficient dépend notamment du coefficient d'échange hp de la première paroi principale 10 et du coefficient hm de la mousse métallique 30, et d'une manière générale, de toute couche intermédiaire éventuelle située entre la première paroi principale 10 et la mousse métallique 30. Le coefficient d'échange se définit classiquement comme le rapport ΔQ/S.ΔT où ΔQ est l'énergie thermique transférée, S la surface d'échange, et ΔT la différence de température de part et d'autre de la surface d'échange. L'absence ici d'une telle couche intermédiaire de brasure ou de soudure permet donc de ne pas dégrader la valeur du coefficient d'échange global du dispositif fluidique 1, ce qui se traduit par une optimisation des propriétés de transfert thermique du dispositif fluidique 1.
  • Les propriétés de transfert thermique du dispositif fluidique 1 sont en outre améliorées par le fait que les pores ouverts de la mousse métallique sont spatialement répartis de manière aléatoire. Le fluide caloporteur s'écoule alors dans la mousse métallique 30 sans présenter de direction d'écoulement privilégiée, ce qui tend à améliorer le transfert thermique entre le dispositif fluidique 1 et le fluide caloporteur.
  • Par ailleurs, la tenue mécanique du dispositif fluidique 1 est améliorée dans la mesure où l'absence de couche intermédiaire de brasure ou de soudure entre la mousse métallique 30 et la première paroi principale 10, et ici entre la mousse et les autres parois du boîtier, conduit à une meilleure résistance mécanique vis-à-vis d'une éventuelle concentration des contraintes mécaniques à l'interface entre la mousse métallique 30 et les parois du boîtier. En effet, les conditions opératoires du dispositif fluidique 1 en fonctionnement, notamment en pression et/ou en température, peuvent générer des contraintes mécaniques venant se concentrer à l'interface entre la mousse métallique 30 et la ou les parois en contact avec cette dernière. Lorsqu'une couche intermédiaire de brasure ou de soudure est présente, la concentration des contraintes peut provoquer un décollement de la paroi vis-à-vis de la mousse métallique 30. Ce décollement peut alors entraîner une dégradation des propriétés d'écoulement du fluide dans la mousse métallique 30, et, le cas échéant, une dégradation des propriétés de transferts thermiques.
  • De plus, un tel dispositif fluidique 1, dont la première paroi principale 10 et la mousse métallique 30 sont réalisées d'un seul tenant et en un même matériau, peut être obtenu par un procédé de réalisation simplifié, dont un exemple est décrit maintenant.
  • Par ailleurs, la mousse métallique 30 présente avantageusement une porosité allant de 65% à 85% environ et une taille moyenne de pores comprise entre 2mm et 8mm environ. Il est avantageux que les pores aient une dimension similaire comprise entre 2 mm et 8 mm.Les inventeurs ont en effet constaté qu'une telle mousse métallique 30 à pores ouverts et spatialement répartis de manière aléatoire présente alors une surface spécifique particulièrement importante, allant de 200m2/m3 à 1500m2/m3 environ, ce qui augmente fortement les propriétés de transfert thermique du dispositif fluidique 1.
  • La figure le illustre des valeurs de surface spécifique de la mousse métallique 30 en fonction de la porosité et de la taille moyenne des pores, ces valeurs de surface spécifique étant obtenues à partir de mesures par tomographie aux rayons X. Il en ressort que pour une porosité ε comprise entre 65% et 85% environ, la surface spécifique Sp augmente fortement, allant de 200m2/m3 environ pour une taille moyenne de pores de 8mm environ, à 1500m2/m3 environ pour une taille moyenne de pores de 2mm environ. A titre illustratif, la surface spécifique de la mousse métallique 30 est de l'ordre de 630m2/m3 pour une porosité de 73,9% environ et une taille moyenne de pores de l'ordre de 5mm. La surface spécifique peut augmenter à 1490 m2/m3 pour une porosité de 72,4% environ et une taille moyenne de pores de l'ordre de 2mm. La présence dans le canal 3 d'une mousse métallique 30 présentant ces hautes valeurs de surface spécifique permet d'augmenter sensiblement les propriétés de transfert thermique du dispositif fluidique 1.
  • Les figures 2a à 2e illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation du dispositif fluidique 1 selon le premier mode de réalisation tel qu'illustré sur la figure la. Le dispositif fluidique 1 est réalisé ici par une technique de moulage de type « basse pression » comportant une étape d'infiltration d'une préforme simultanément à la coulée du métal liquide.
  • Le moulage du type « basse pression » est une technique dans laquelle on applique une force de pression, ici une surpression, à la surface d'un métal liquide situé dans un four alimentant le moule, de manière à provoquer la remontée du métal liquide dans le moule ainsi que son infiltration dans la préforme. De manière alternative, on peut appliquer une dépression dans le moule de sorte que le métal liquide subisse une force de dépression dite d'aspiration provoquant le remplissage du moule ainsi que son infiltration dans la préforme. Les valeurs de pression utilisées sont adaptées à ce que le métal liquide s'infiltre dans les interstices de la préforme de manière à obtenir in fine la mousse métallique 30 voulue.
  • Ces techniques de moulage, appliquées à une préforme en pâte à sel ou en un matériau à base de silicone, sont adaptées à la réalisation de mousse métallique à pores ouverts répartis spatialement de manière aléatoire et pouvant atteindre des hautes valeurs de surface spécifique. Les inventeurs ont constaté que d'autres techniques de moulage, par exemple le moulage par gravité, ne permettent pas de réaliser des mousses métalliques présentant ces caractéristiques.
  • Lors d'une première étape (figure 2a), on réalise une pièce 50 formée d'une préforme 51 assemblée à deux noyaux 53A, 53B disposés de part et d'autre de la préforme 51. Les deux noyaux 53A, 53B sont au contact des deux faces transversales 52A, 52B opposées l'une à l'autre de la préforme 51, dite faces amont et aval.
  • Chaque noyau 53A, 53B comporte ici une première partie 54A, 54B destinée à former la chambre d'entrée 5A ou de sortie 5B, qui s'étend suivant l'axe longitudinal de la préforme 51. Elle présente ici une épaisseur suivant l'axe Z sensiblement égale à celle de la préforme 51, et un profil dans le plan (X,Y) sensiblement triangulaire à sommet arrondi. Chaque noyau 53A, 53B comporte en outre une deuxième partie 55A, 55B, destinée à former l'orifice d'entrée 4A ou de sortie 4B, qui s'étend à partir de la première partie 54A, 54B de manière sensiblement orthogonale au plan principal (X,Y) de la préforme 51. Enfin, chaque noyau 53A, 53B comporte une troisième partie 56A, 56B, destinée à assurer le maintien de la pièce 50 dans une position dite suspendue vis-à-vis des faces internes d'un moule 60, qui s'étend dans le prolongement de la deuxième partie 55A, 55B. Les noyaux 53A, 53B sont destructibles et peuvent être réalisés en sable aggloméré typiquement par de la résine.
  • La préforme 51 est destinée à former la mousse métallique 30. Elle peut être réalisée à partir de pâte à sel conformément au procédé décrit dans le document EP2118328 ou à partir d'un matériau à base de silicone conformément au procédé décrit dans le document FR2992660 . A titre illustratif, la préforme 51 est réalisée en élastomère de silicone suivant le procédé décrit dans le document FR2992660 . On réalise tout d'abord des éléments distincts d'élastomère de silicone, de taille millimétrique, par exemple par extrusion puis découpage. Ces éléments sont ensuite agglomérés à l'aide d'un liant puis l'ensemble obtenu est polymérisé dans une boîte à noyaux dont l'empreinte définit les dimensions finales désirées de la préforme 51. Après déboîtage puis évacuation des solvants éventuels, on obtient une préforme 51 poreuse à interstices interconnectés en élastomère de silicone.
  • Lors d'une deuxième étape (figures 2b), la pièce 50 est placée dans un moule 60, par exemple un moule en sable, et plus précisément dans l'empreinte 65 du moule dont les dimensions définissent les dimensions désirées du boîtier 2. Le moule 60 est formé de deux parties 61, 63, dites chapes, qui, lorsqu'elles sont en contact, délimitent ensemble l'empreinte 65, à savoir la cavité intérieure du moule 60 dans laquelle est placée la pièce 50. Le moule 60 comporte en outre un conduit d'alimentation 66 pour l'introduction du métal liquide dans l'empreinte 65.
  • Dans cet exemple, la chape supérieure 63 présente une face interne 64 qui entoure en partie la pièce 50 sans la contacter. L'espace séparant la chape supérieure 63 de la pièce 50 est destinée à former la première paroi principale 10 et une partie de la paroi latérale 40. Par ailleurs, la chape inférieure 61 présente une face interne 62 qui entoure en partie la pièce 50, l'espace séparant la chape 61 de la pièce 50 est destinée à former la seconde paroi principale 20 ainsi qu'une partie de la paroi latérale 40. Cet espace est traversé par les deuxièmes parties 55A, 55B des noyaux destinées à former les orifices d'entrée 4A et de sortie 4B.
  • Par ailleurs, la pièce 50, et plus particulièrement la préforme 51 et les premières parties 54A, 54B des noyaux, sont maintenues à distance des faces internes du moule 60 par l'engagement des troisièmes parties 56A, 56B des noyaux dans des logements prévus dans la face interne 62 de la chape inférieure 61.
  • De préférence, préalablement à son insertion dans l'empreinte 65, la pièce 50 est préchauffée à une température pouvant être de l'ordre de 80°C à 250°C, par exemple à 150°C environ.
  • Lors d'une troisième étape, on procède à la coulée du métal liquide dans l'empreinte 65 du moule 60 selon le procédé dit de « basse pression ». L'alliage le plus couramment utilisé est du type AlSi7Mg0.6, mais tout autre type d'alliage de moulage présentant une bonne coulabilité peut être utilisé. La température peut être de l'ordre de 800°C à 820°C. Le métal liquide remplit ainsi le conduit d'alimentation 66 puis remplit l'empreinte 65 du moule 60 mise en surpression, typiquement de 700 mbar à 1.5 bar. Le métal s'infiltre également dans les interstices de la préforme 51 en élastomère de silicone, et entoure également la préforme 51 et les noyaux 53A, 53B.
  • Lors d'une quatrième étape (figures 2c et 2d), après solidification et refroidissement, on décoche le moule 60 et on retire la pièce moulée 57. Après ébarbage et usinage de la pièce moulée 57, et élimination de la poudre restante de silice, on obtient le dispositif fluidique 1 représenté sur la figure 2e.
  • A titre purement illustratif, la mousse métallique 30 présente une longueur de 105mm, une largeur de 50mm pour une épaisseur de 10mm à 35mm. Elle présente une porosité de l'ordre de 70% à 75% à pores ouverts et répartis spatialement de manière aléatoire. La première paroi principale 10 présente une épaisseur de 2mm environ et la seconde paroi principale 20 une épaisseur de 5mm environ. Les orifices d'entrée 4A et de sortie 4B peuvent présenter un diamètre de l'ordre de 5 à 15mm. La surface spécifique de la mousse métallique peut être ajustée en fonction de la taille moyenne des pores et de la porosité, ces paramètres étant adaptés lors la fabrication de la préforme, notamment via les dimensions des éléments agglomérés d'élastomère de silicone.
  • En variante, comme mentionné précédemment, la réalisation du dispositif fluidique 1 peut être effectuée par une technique de moulage du type « basse pression » comportant l'infiltration d'une préforme à base de pâte à sel préalablement obtenue selon le procédé décrit dans le document EP2118328 .
  • Le procédé comporte des étapes identiques ou similaires à celles décrites en référence aux figures 2a à 2e.
  • Il s'en distingue en ce que, lors d'une première étape, on réalise la préforme 51 par mélange de particules de sel broyées, d'un liant organique thermo-dégradable, et d'un agent mouillant. On obtient ainsi une préforme 51 en pâte à sel poreuse à interstices interconnectés. Une étape d'élimination de l'agent mouillant, de décomposition du liant et de durcissement de la préforme 51 peut être effectuée, notamment par une étape de cuisson de la préforme 51 à une température de l'ordre de 100°C, suivie d'une étape de pyrolyse à une température de l'ordre de 500°C.
  • Lors d'une deuxième étape, on met en place, dans l'empreinte 65 du moule 60, la pièce 50 formée de la préforme 51 et des noyaux 53A, 53B, cette pièce 50 étant de préférence préchauffée à une température par exemple de 600°C.
  • Lors d'une troisième étape, on procède à la coulée du métal liquide à une température de l'ordre de 750°C avec une mise en surpression typiquement de 700 mbar à 1.5 bar. L'alliage le plus couramment utilisé est du type AlSi7Mg0.6, mais tout autre type d'alliage de moulage présentant une bonne coulabilité peut être utilisé.
  • Lors de cette étape de coulée, de manière concomitante à la formation des parois 10, 20, 40 du boîtier, le métal liquide s'infiltre dans les interstices interconnectés de la préforme 51 de manière à former la mousse métallique 30.
  • Lors d'une quatrième étape, après solidification et refroidissement, on retire la pièce moulée 57 de l'empreinte 65 du moule 60 et on élimine le sel de la préforme 51 par un solvant. Après ébarbage et usinage de la pièce moulée, on obtient le dispositif fluidique 1 illustré sur la figure 2e. La mousse métallique forme un réseau de pores ouverts répartis spatialement de manière aléatoire. Comme mentionné précédemment, la surface spécifique de la mousse métallique peut être ajustée en fonction de la taille moyenne des pores et de la porosité, ces paramètres étant adaptés lors la fabrication de la préforme, notamment via les dimensions des particules agglomérées de pâte à sel.
  • Ainsi, le procédé de réalisation du dispositif fluidique 1 est simplifié dans la mesure où la réalisation de la mousse métallique 30 et de la première paroi principale 10 en un seul tenant et en un même matériau est effectuée lors d'une seule et même étape de coulée du métal liquide, cette étape permettant le moulage du boîtier 2 et l'infiltration de la préforme 51. On évite ainsi toute étape d'usinage du boîtier pour former le canal 3, ainsi que toute étape de fixation de la mousse métallique 30 à la première paroi principale 10 par l'intermédiaire d'une couche de fixation, par exemple une couche de brasure.
  • Cet exemple de procédé est ici particulièrement avantageux dans la mesure où la mousse métallique 30 est également réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec la seconde paroi principale 20 et avec la paroi latérale 40, et que la mousse métallique obtenue forme un réseau de pores ouverts à répartition spatiale aléatoire. La tenue mécanique du dispositif fluidique 1 et le coefficient d'échange global en sont améliorés.
  • La figure 3 est une vue schématique en perspective d'un dispositif fluidique 1 à mousse métallique 30 selon un seconde mode de réalisation.
  • Le dispositif fluidique 1 se distingue du dispositif fluidique 1 décrit précédemment en référence aux figures 1a et 1b en ce que la mousse métallique 30 est réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec la première paroi principale 10 et la paroi latérale 40, la seconde paroi principale 20 étant une paroi rapportée formant un capot pour le canal 3.
  • Ainsi, le boîtier 2 comporte un canal 3 délimité transversalement par la première paroi principale 10 et par la paroi latérale 40. Les parois sont ici réalisées d'un seul tenant et en un même matériau. La mousse métallique 30 est située dans le canal 3 entre les deux chambres d'entrée 5A et de sortie 5B.
  • Le boîtier 2 comporte une seconde paroi principale 20 qui se présente sous forme d'une paroi rapportée dont la fixation à la paroi latéral 40 du boîtier 2 permet de fermer transversalement le canal 3 de manière étanche. Elle comporte deux orifices traversants, dits d'entrée 4A et de sortie 4B, qui débouchent respectivement dans la chambre d'entrée 5A et dans la chambre de sortie 5B. De manière alternative, les orifices d'entrée 4A et de sortie 4B peuvent être réalisés, non pas au niveau du capot rapporté, mais au niveau de la paroi latérale 40 voire au niveau de la première paroi principale 10.
  • Le capot rapporté 20 peut être fixé à la paroi latérale 40 du boîtier 2 au niveau de sa face supérieure de contact 43, ainsi que, de préférence, à la mousse métallique 30. La fixation peut être réalisée de manière étanche par une couche intermédiaire d'un matériau de brasure (non représentée). Ainsi, la fixation et l'étanchéité est obtenue entre le capot rapporté 20 d'une part, et la paroi latérale 40 du boîtier 2 et, le cas échéant, la mousse métallique 30 d'autre part.
  • Le canal 3 et la mousse métallique 30 présentent ici une forme générale et des dimensions identiques ou similaires à celles décrites précédemment en référence aux figures la et 1b, et ne sont pas décrites à nouveau ici.
  • Les figures 4a à 4f illustrent des étapes d'un exemple de procédé de réalisation du dispositif fluidique 1 selon le second mode de réalisation.
  • Lors d'une première étape, on réalise, d'une manière identique ou similaire aux procédés décrits précédemment, une préforme 51 poreuse à interstices interconnectés en un matériau en pâte à sel ou en élastomère de silicone. Par ailleurs, on ne prévoit pas ici d'assembler des noyaux à la préforme 51 comme dans la pièce 50 décrite en référence à la figure 2a.
  • Lors d'une deuxième étape, comme le montre la figure 4a, on prépare un moule 60 à deux chapes 61, 63 dont la chape inférieure 61 est similaire ou identique à la chape inférieure des figures 2b et 2c. Par ailleurs, la chape supérieure 63 comporte des noyaux 53A, 53B sous forme de portions en saillie vis-à-vis d'une face interne 64, ces noyaux étant destinées à former les chambres d'entrée 5A et de sortie 5B. Ces noyaux sont montés mobiles en translation vis-à-vis de la chape supérieure 63 de manière à former des mors d'un étau permettant de maintenir la préforme 51 dans une position dite suspendue lors du moulage.
  • Plus précisément, les mors sont espacés l'un de l'autre d'une distance sensiblement égale à la longueur de la préforme 51, et sont disposées de part et d'autre d'une surface 64c de la face interne 64 de la chape supérieure 63, celle-ci étant destinée à être au contact de la préforme 51.
  • Comme le montre la figure 4b, on dispose la préforme 51 au contact de la surface de contact 64c, de sorte que les faces amont et aval de la préforme 51 soient au contact respectif des mors. Ceux-ci exercent une force de maintien sur la préforme 51 permettant de maintenir celle-ci en position, sans engendrer une compression de la préforme 51 susceptible de modifier sa porosité.
  • Lors d'une troisième étape (figure 4c), le moule 60 est fermé par mise en contact mutuel des chapes supérieure 63 et inférieure 61. La préforme 51 est maintenue dans une position suspendue vis-à-vis de la face interne 62 de la chape inférieure 61, cet espace étant destiné à former notamment la première paroi principale 10. Un espace latéral entre les mors et la face interne 62 de la chape inférieure 61 est destiné à la formation de la paroi latérale 40 du boîtier 2.
  • On procède ensuite à la coulée du métal liquide par le biais du conduit d'alimentation 66, de sorte que le métal remplit l'empreinte 65 du moule 60 et donc l'espace séparant la face interne 62 de la préforme 51 d'une part, et des mors d'autre part. Dans le même temps, le métal s'infiltre dans les interstices de la préforme 51. Cette étape est similaire ou identique à celle décrite précédemment en référence à la figure 2b.
  • Dans la mesure où la préforme 51 est au contact de la surface de contact 64c de la chape supérieure 63, la seconde paroi principale 20 du boîtier 2 n'est pas réalisée lors de cette étape.
  • Lors d'une quatrième étape (figures 4d et 4e), après solidification et refroidissement, on décoche le moule 60 et on retire la pièce moulée 57. Le boîtier 2 comporte ainsi la mousse métallique 30 réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec la première paroi principale 10 et avec la paroi latérale 40 délimitant le canal 3.
  • On procède ensuite à l'élimination de la silice ou de la pâte à sel restante. Cette étape est simplifiée dans la mesure où le canal 3 ne présente pas une section transversale fermée et délimitée par les différentes parois du boîtier 2. On a en effet accès au canal 3 et à la mousse métallique 30 par une ouverture formée par l'absence de la seconde paroi principale 20.
  • Lors d'une dernière étape (figure 4f), après ébarbage et usinage de la pièce moulée 57, on dépose une couche d'un matériau de brasure dans la zone de contact entre le capot rapporté 20 et la paroi latérale 40, ainsi que dans la zone de contact entre le capot rapporté 20 et la face libre de la mousse métallique 30. On ferme le canal 3 à l'aide du capot rapporté et on place le dispositif fluidique 1 ainsi obtenu dans un four à brasage.
  • La figure 5 est une vue éclatée et en perspective d'un dispositif fluidique 1 selon le troisième mode de réalisation. Dans cet exemple, le dispositif fluidique 1 est formé d'un boîtier 2 de profil transversal sensiblement circulaire. Il comporte une paroi latérale 40 délimitant le canal 3 dans le plan (X,Y) et deux parois principales 10, 20 opposées délimitant le canal 3 suivant l'axe Z.
  • Dans cet exemple, les deux parois principales 10, 20 sont fixées à la paroi latérale 40 de manière étanche par une couche de brasure (non représentée). Alternativement, au moins l'une des parois principale 10, 20 peut être réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec la paroi latérale 40.
  • Chaque paroi principale 10, 20 est réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec une mousse métallique 30-1, 30-2. Les mousses métalliques 30-1, 30-2 peuvent présenter un diamètre égal ou inférieur à celui des parois principales 10, 20.
  • Les deux parois principales 10, 20 munies des mousses métalliques respectives 30-1, 30-2 sont assemblées l'une à l'autre suivant l'axe Z par l'intermédiaire d'un collecteur fluidique 6 intercalé entre les deux mousses métalliques 30-1, 30-2. Le collecteur 6 présente un volume plein de forme cylindrique, d'un diamètre sensiblement égal à celui des parois principales 10, 20, et est assemblé de manière étanche à la paroi latérale 40. Le collecteur 6 comporte un conduit de collection qui s'étend entre deux extrémités d'entrée 7A et une extrémité de sortie 7B. Les extrémités d'entrée 7A débouchent l'une et l'autre sur les faces supérieure et inférieure, opposées l'une à l'autre, du collecteur 6, et font donc face aux mousses métalliques 30-1, 30-2, et sont positionnées de préférence au centre du collecteur 6. L'extrémité de sortie 7B débouche sur la face circonférentielle du collecteur 6.
  • Ainsi, le canal 3 est formé d'une partie inférieure délimitée entre la première paroi principale 10 et la face inférieure du collecteur 6 et contenant la mousse métallique 30-1, et une partie supérieure délimitée entre la seconde paroi principale 20 et la face supérieure du collecteur 6 et contenant la mousse métallique 30-2. Le canal 3 se poursuit par le conduit de collection qui relie les deux parties du canal 3 jusqu'à l'extrémité de sortie 7B.
  • Le boîtier 2 comporte en outre un orifice d'entrée 4A et un orifice de sortie 4B du canal 3 positionnés au niveau de la paroi latérale 40 du boîtier 2, destinés à permettre l'alimentation du fluide dans les deux parties inférieure et supérieure du canal 3, et l'évacuation du fluide provenant de l'extrémité de sortie 7B du conduit de collection. L'orifice d'entrée 4A présente une dimension transversale adaptée à permettre l'introduction du fluide à la fois dans les deux parties du canal 3, de sorte que le fluide s'écoule au-travers des deux mousses métalliques 30-1, 30-2 et reçoit la chaleur provenant de l'une ou l'autre, ou des deux parois principales 10, 20. Le fluide s'écoule ensuite dans le conduit de collection à partir des extrémités d'entrée 7A jusqu'à l'extrémité de sortie 7B. L'orifice de sortie 4B est positionné en regard de l'extrémité de sortie 7B du conduit de collection, de sorte que le fluide puisse être directement évacué sans circuler à nouveau dans les parties inférieure et supérieure du canal 3.
  • Le procédé de réalisation de ce dispositif fluidique 1 peut être réalisé de manière similaire aux procédés de réalisation décrits précédemment. Ainsi, chaque paroi principale 10, 20 peut être réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec la mousse métallique 30-1, 30-2 correspondante, par un procédé de moulage à basse pression avec une étape d'infiltration d'un préforme 51 en pâte à sel ou à base de silicone, cette étape d'infiltration étant concomitante à la coulée de moulage. L'assemblage des parois 10, 20, 40 et du collecteur 6 peut être réalisée par brasage.
  • Un dispositif obtenu selon l'invention, et de manière préférée par le troisième mode de réalisation décrit précédemment, permet d'obtenir une performance thermique similaire aux produits connus, avec une perte de pression plus faible, d'un facteur au moins supérieur à 2, de manière préférée 5 et de manière encore plus préférée 7. Un tel dispositif permet ainsi par exemple d'utiliser des pompes de circulation de fluide moins puissantes.
  • La figure 6a est une vue schématique en vue de dessous d'un dispositif fluidique à mousse métallique selon un quatrième mode de réalisation. Dans ce quatrième mode de réalisation, le dispositif fluidique 1 se distingue des dispositifs fluidique 1 décrits précédemment aux figures la, 1b et 3 en ce que la mousse métallique 30 est réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec la première paroi principale 10 (Fig 6b). La paroi latérale 40 comprend les parois d'un profilé creux 70. Optionnellement, la mousse métallique 30 est réalisée d'un seul tenant et en un même matériau avec la seconde paroi principale 20 (Fig 6b), opposée à la paroi principale 10.
  • Ce quatrième mode de réalisation se distingue des modes de réalisation précédemment décrits par le fait que la préforme 51 destinée à former la mousse métallique 30 est maintenue dans un profilé creux 70. L'utilisation d'un profilé 70 facilite la manipulation de la préforme et son positionnement dans le moule 60. Il peut être avantageux que les dimensions du profilé 70 soient adaptées de telle sorte que les faces externes des parois du profilé soient en contact avec les parois latérales de l'empreinte 65 du moule et constituent les faces latérales du boitier 2. De manière préférée l'épaisseur des parois du profilé est comprise entre 1 mm et 5 mm, ou de manière encore plus préférée entre 2 mm et 3 mm.
  • Les figures 7a à 7e illustrent des étapes d'un exemple de procédé de réalisation du dispositif fluidique 1 selon le quatrième mode de réalisation.
  • Lors d'une première étape (Fig 7b), on réalise une pièce 80 formée d'un profilé creux 70' et d'une pièce 50'. La pièce 50' est constituée d'une préforme 51' assemblée à deux noyaux 53A', 53B' disposés de part et d'autre de la préforme 51' comme dans le premier mode de réalisation (Fig 7a). La préforme 51' est destinée à former la mousse métallique 30. Elle peut être obtenue à partir de pâte à sel ou de silicone. La pièce 50' s'intègre dans une chambre du profilé creux 70'. Dans l'exemple tel que décrit, le profilé creux 70' présente une seule chambre. Les faces latérales de la préforme 51' sont en contact avec les parois intérieures de la chambre du profilé 70'.
  • Les étapes suivantes sont alors similaires à celles précédemment décrites des modes de réalisation premier ou deuxième, selon le type de boitier désiré. Dans une seconde étape, la pièce 80 est ensuite mise en place dans l'empreinte 65' du moule 60'. Le moule 60' est constitué de deux parties 61' et 66'. Cette pièce 80 est de préférence préchauffée (Fig 7c). Lors d'une troisième étape, on procède à la coulée du métal liquide dans l'empreinte 65' du moule 60'. Lors d'une quatrième étape, après solidification et refroidissement (Fig 7d), on décoche le moule 60' et on retire la pièce moulée 57'. Après ébarbage et usinage de la pièce moulée 57', et élimination des résidus de la préforme 51', on obtient le dispositif fluidique 1 représenté sur la figure 7e.
  • Il est avantageux d'éviter le mouillage des parois extérieures du profilé creux 70 par le métal liquide. Cela peut être réalisé via la conception du moule ou par un autre moyen tel que l'utilisation d'un joint résistant au métal liquide.
  • Ce quatrième mode de réalisation permet la réalisation d'un boitier 2 dont les deux parois principales et la mousse métallique 30 sont obtenues d'un seul tenant si on utilise les noyaux 55A, 55B, 56A et 56B tel que décrit dans le premier mode de réalisation ou la réalisation d'un boitier 2 dont une seule paroi principale et la mousse métallique 30 sont obtenues d'un seul tenant tel décrit dans le second de réalisation
  • L'utilisation d'un profilé dont les parois sont partiellement fondues lors de l'étape de coulée est particulièrement avantageuse. En effet, cette fusion locale peut permettre une liaison métallurgique entre la mousse et le profilé et ainsi induire une continuité métallurgique entre la mousse et le profilé et permettre une performance thermique optimale. Il peut ainsi être avantageux d'utiliser un profilé en aluminium.
  • Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier.
  • Ainsi, le dispositif fluidique peut ne pas comporter de chambres d'entrée situées de part et d'autre de la mousse métallique. Les orifices d'entrée et de sortie traversent une paroi du boîtier et débouchent alors directement au niveau de la mousse métallique.
  • Le dispositif fluidique peut comporter des structurations situées au niveau des faces externes des parois du boîtier, ces structurations pouvant améliorer la dissipation de chaleur émise par le composant à refroidir. Ces structurations peuvent, à titre illustratif, se présenter sous la forme d'ailettes de refroidissement.
  • Le dispositif fluidique peut être soumis à un traitement thermique afin d'améliorer sa résistance mécanique et/ou sa conductibilité thermique. Cette étape de traitement thermique peut être réalisée après le démoulage, avant ou après l'usinage de la pièce moulée. Il peut par exemple consister en un traitement de mise en solution et trempe, optionnellement suivi d'un revenu.
  • Le dispositif fluidique peut être soumis à un traitement de surface afin d'améliorer sa résistance à la corrosion ou sa tenue à l'abrasion ou toute autre propriété nécessaire à l'utilisation du dispositif.

Claims (3)

  1. Procédé de réalisation d'un dispositif fluidique (1), comportant :
    - un boîtier (2) comprenant un canal (3) délimité par des parois, dont une première paroi principale (10), le canal (3) s'étendant entre deux orifices, dits d'entrée (4A) et de sortie (4B) ;
    - un milieu poreux à pores ouverts en un matériau métallique, dit mousse métallique (30), situé dans le canal (3) entre lesdits orifices d'entrée (4A) et de sortie (4B) ;
    - une mousse métallique (30)
    - dans lequel on réalise la mousse métallique (30) et la première paroi principale (10) par moulage de telle sorte à ce que ladite mousse métallique (30) et ladite première paroi principale (10) soient réalisées d'un seul tenant et en un même matériau, lors d'une même étape de coulée d'un matériau métallique dans un moule (60), au cours de laquelle a lieu une infiltration, par ledit matériau métallique, d'une préforme poreuse (51) destructible située dans une empreinte (65) du moule, ladite étape de coulée étant effectuée par l'application d'une force de pression à la surface dudit matériau métallique de manière à provoquer sa remontée dans le moule (60) et son infiltration dans la préforme (51), ladite préforme (51) étant réalisée en pâte à sel ou à base de silicone de telle sorte que la mousse métallique (30) présente une distribution spatiale aléatoire des pores .
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la préforme (51) est disposée dans une empreinte (65) d'un moule (60) et maintenue à distance d'une face interne (62, 64) d'une chape du moule (60), l'espace séparant ladite face interne (62, 64) et la préforme (51) étant destinée à former la première paroi principale (10).
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel une paroi latérale de ladite préforme (51) est en contact avec au moins une face intérieure des parois d'un profilé creux (70).
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