EP3553443A1 - Thermosiphon et caloduc pulse de realisation simplifiee - Google Patents

Thermosiphon et caloduc pulse de realisation simplifiee Download PDF

Info

Publication number
EP3553443A1
EP3553443A1 EP19168580.9A EP19168580A EP3553443A1 EP 3553443 A1 EP3553443 A1 EP 3553443A1 EP 19168580 A EP19168580 A EP 19168580A EP 3553443 A1 EP3553443 A1 EP 3553443A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grooves
plates
plate
heat pipe
intermediate plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19168580.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Antoine Gruss
Mathieu Mariotto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3553443A1 publication Critical patent/EP3553443A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular

Definitions

  • the present invention relates to a two-phase thermal transfer device that can be a thermosiphon or a pulsed heat pipe of simplified manufacture.
  • a diphasic thermosiphon is a heat transfer device operating by evaporation-condensation of a liquid introduced under its vapor pressure in a sealed enclosure. It has an end called “evaporator zone” intended to be in contact with a heat source and an end called “condenser zone” intended to be in contact with a cold source.
  • the fluid in the evaporator zone is heated and evaporates, extracting heat from the heat source, the vapor moves to the condenser zone where the vapor condenses and transfers the heat to the cold source.
  • the liquid returns to the evaporator zone.
  • the evaporator zone is located lower than the condenser zone so that the condensates return to the evaporator zone by gravity.
  • a pulsed heat pipe is a heat transfer system operating by oscillations of vapor and liquid plugs in a fluid circuit that circulates successively between one or more hot zones and one and several cold zones.
  • the section of the fluidic circuit is weak in order to have a plug-like flow configuration.
  • the heat transfer is by latent heat, but also by sensible heat thanks to the liquid plugs oscillating between hot zone and cold zone.
  • Such heat transfer devices can be used in the field of electronics, for example power electronics for cooling electronic components.
  • Such devices have the advantage of being able to operate effectively against gravity, ie when the evaporator is disposed above the condenser.
  • thermosiphon thermosiphon or a pulsed heat pipe of simplified embodiment.
  • a heat transfer device forming a thermosiphon or a pulsed heat pipe, having a plurality of plates stacked and secured together, so as to define a fluidic heat transfer circuit.
  • the plurality of plates may comprise two end plates, at least one intermediate plate having grooves passing through the thickness of the plate, and at least one other intermediate plate having cutouts ensuring either the redistribution of the fluid in the different channels, or a connection of the grooves so as to form at least one single channel for a pulsed heat pipe.
  • the thermal transfer device is therefore of simple construction. Indeed, the grooves and the cuts in the intermediate plates being through, their manufacturing step is simplified, unlike the non-through impression realization. They can be advantageously made by punching, which is particularly suitable for an embodiment in medium or large series.
  • aluminum alloy plates they can be assembled advantageously by solder.
  • the use of aluminum alloys allows eutectic alloy industrial soldering.
  • the junction between the grooved intermediate plate and the other intermediate plate or one of the end plates forms angles and not rounded shape. These angles favor capillary effects.
  • the plate comprising the grooves delimit the side walls of the channels
  • the plate comprising the cutouts forms an end wall and ensures either the load balancing between the different channels in the case of a thermosiphon, or the setting in series of the channels, and the end plates for one forming the other end wall of the channel and for the other closing the cutouts.
  • thermosyphons and pulsed heat pipes simplifies the device change made in the case of a single production line for thermosyphons and pulsed heat pipes, it is very easy to change heat transfer device manufactured, indeed it suffices to modify only the intermediate plate comprising the collectors to produce a pulsed heat pipe instead of a thermosiphon.
  • the channels are delimited by planar faces delimiting favorable angles for heat exchange.
  • the grooves are structured so that all or part of the angles are acute, further promoting heat transfer.
  • the channel or channels is or are delimited by four planes.
  • the section of a channel or channels preferably comprises at least two vertices whose angle is between 70 ° and 85 °.
  • collectors or connectors are formed by grooves.
  • thermosyphon or pulsed heat pipe may comprise at least one other intermediate plate provided with grooves.
  • thermosiphon or the pulsed heat pipe comprises at least one other second intermediate plate provided with cutouts so as to connect all or part of the grooves between them.
  • thermosiphon or the pulsed heat pipe comprises at least one heat exchanger at the evaporator zone and / or the condenser zone.
  • the heat exchanger may be a radiator attached to at least one of the end plates.
  • the heat exchanger is formed directly in one of the plates of the stack.
  • the heat exchanger may be a radiator formed directly in at least one of the end plates.
  • the heat exchanger may comprise a fluid circuit formed in the intermediate plate, in which a liquid or two-phase fluid circulates.
  • the pulsed heat pipe comprises at least two grooves of different width connected directly.
  • the grooves can form with the connectors a channel forming a closed loop.
  • the heat pipe is shaped to have a serpentine shape or to be wound on itself with straight portions connected by elbows, the first ends of the grooves being located at a free end of the heat pipe and the second ends of the grooves of the grooves being located at another free end.
  • the heat pipe is shaped to have a coil shape or to be wound on itself having straight portions connected by elbows, the first ends of the grooves being located at a free end of the heat pipe and the second ends of the grooves grooves being located at another free end, and the manifold and the grooves are formed in the same intermediate plate.
  • the present invention also relates to a heat extraction system comprising a pulsed heat pipe according to the invention, wherein the pulsed heat pipe comprises two lateral edges formed of the stack of end plates and at least the first intermediate plate and at least the second intermediate plate, and having a thermal conduction plate in thermal and mechanical contact with one side with only one part of one of the lateral edges, the other face being configured to receive a device from which it is desired to extract the heat.
  • the pulsed heat pipe comprises two lateral edges formed of the stack of end plates and at least the first intermediate plate and at least the second intermediate plate, and having a thermal conduction plate in thermal and mechanical contact with one side with only one part of one of the lateral edges, the other face being configured to receive a device from which it is desired to extract the heat.
  • the thermal conduction plate can be in contact with all straight portions.
  • Steps b) or steps b ') and c') can or can be performed by punching
  • Step d) or e ') can or can be performed by welding, brazing, gluing.
  • the plates is made of a first aluminum alloy is coated with a second aluminum alloy having a melting point lower than that of the first aluminum alloy, and the assembly is performed by eutectic soldering.
  • groove and “channel” will be used interchangeably. Indeed, the grooves made in a plate form channels in cooperation with the other plates.
  • thermosiphon T1 thermosiphon T1 according to an example embodiment.
  • thermosyphon T1 comprises a fluidic circuit C filled with a fluid, a first zone 2 intended to exchange heat with a heat source, for perform thermal control, heat transfer, component cooling.
  • the heat source on the evaporator is, for example, an electrical component, an electronic circuit, an electronic component, such as a thyristor type electronic power component or an insulated gate bipolar transistor, a lighting device comprising diodes electroluminescent devices, a photovoltaic device, a chemical reactor generating heat, a hot storage, a battery, a fuel cell or any other power system.
  • an electrical component for example, an electrical component, an electronic circuit, an electronic component, such as a thyristor type electronic power component or an insulated gate bipolar transistor, a lighting device comprising diodes electroluminescent devices, a photovoltaic device, a chemical reactor generating heat, a hot storage, a battery, a fuel cell or any other power system.
  • the heat sinks in the condenser are for example forced convection fins, cold plates in mono or diphasic flow, a cold storage.
  • the hot and cold storage devices are for example storage devices employing one or more phase-change materials, for smoothing by thermal storage contributions or heat sinks of electrical / electronic components
  • thermosiphon has a second zone 4 for exchanging heat with a cold source, designated condenser zone.
  • the cold source may for example comprise a radiator in natural or forced convection or a system where an endothermic reaction takes place.
  • the radiator may be chosen from, for example, radiators with finned fins, finned fins with pinned fins, molded finned fins with knurling fixed by knurling, finned by 3D printing, or any other heat exchange device.
  • the fins may be skived fins are made by a method called "skiving" which consists of scraping the surface of a soft metal with a tool and pushing the chips to make fins with a high aspect ratio. This method offers a reduced cost price.
  • the condenser zone and the evaporator zone are located at a distance from one another and are connected by the fluid circuit, the fluid evaporating in the evaporator zone and condensing in the condenser zone.
  • thermosiphon comprises a stack of plates or sheets joined to each other, and delimiting between them the fluid circuit C.
  • the two end plates are the outermost plates of the stack. In the example shown, they are full.
  • the intermediate plates P3 and P4 are located between the end plates.
  • the first intermediate plate P3 has a plurality of grooves 6 passing through the entire thickness of the plate P3.
  • the grooves are parallel to each other, but such an arrangement is not limiting.
  • Each groove has a first end 6.1 located in the evaporator zone 2 and a first end 6.2 located in the condenser zone 4.
  • the second intermediate plate P4 comprises balancing means able to balance the load between the channels at their first 6.1 and second 6.2 ends.
  • the balancing means comprise a first groove 8 oriented transversely to the grooves 6, as it is located at the first ends 6.1 of the channels 6 and extends over all the grooves.
  • the balancing means also comprise a second groove or cutout 10 oriented transversely with respect to the grooves 6, as it is located at the second ends 6.2 of the channels 6 and extends over all the grooves.
  • the first transverse groove 8 provides fluid communication between all channels at the evaporator zone
  • the second transverse groove 10 provides fluid communication between all channels at the condenser zone.
  • finned radiators 12 are provided on the end plates P2 and P3, to the right of the condenser zone 4 so as to promote the removal of heat.
  • the grooves 6 and the transverse grooves 8 and 10 are advantageously made by punching, a technique particularly suitable for manufacturing in medium and large series. In other exemplary embodiments, they may be made by laser cutting, water jet or through chemical etching.
  • thermosiphon figures 1 and 2 The operation of the thermosiphon figures 1 and 2 will now be described.
  • the heat emitted by the heat source is transmitted to the fluid in the evaporator zone, it evaporates and moves in the channels to the condenser zone where it condenses and gives up its heat to the cold source, via the fins of the radiators, the liquid returns to the evaporator zone.
  • the vapor flows from the evaporator zone to the condenser zone substantially at the center of the channels, and the liquid flows from the condenser zone to the evaporator zone along the channel wall.
  • the pressure between the different channels is balanced by the transverse grooves in the condenser zone and the evaporator zone.
  • the plates have for example a thickness of between 0.05 mm to 6 mm, preferably equal to 3 mm.
  • the channels 6 have for example a width of between 0.5 mm and 10 mm, advantageously equal to 3 mm.
  • the channels 8 and 10 for example a width between 0.5 mm and 10 mm, preferably equal to 3 mm.
  • the dimensions of the plates may be for example between a few cm and a few meters.
  • the plates or sheets are made of a material having a good thermal conductivity so as to conduct heat from the heat source to the evaporator zone and the condenser zone to the cold source. They are for example made of aluminum alloy, copper, stainless steel.
  • the method of assembling the sheets used depends on the material of the plates.
  • the fluid filling of the channels is for example made using a filling tube 15 inserted into the edge of the intermediate plate P3 as shown schematically on the figure 2 Alternatively, it is possible to use a nozzle fixed on an orifice formed on the end plates, and perpendicular thereto. The queusot is then pinched or clogged. Since all the channels communicate with each other through the transverse grooves, the filling can be achieved only through a single channel.
  • the filling fluid can be chosen from the fluids commonly used in thermosyphons, and is chosen as a function of the operating temperature range of the device to be cooled, and also the temperatures at which the thermosyphons are likely to be stored, for example for that they resist frost phases.
  • Filling fluids that can be used are those commonly used in this type of application.
  • thermosiphon aluminum alloy assembled by eutectic solder can be used as the ammonia, acetone, methanol, n-heptane, R134a or other fluoro refrigerant fluid.
  • the means for balancing the charge between the channels at the evaporator and condenser zones are made in the same intermediate plate P4, which reduces the number of plates used. Nevertheless, we could consider implement another intermediate plate disposed between the end plate P1 and the intermediate plate P3, and to make the transverse groove 8 in a plate P4 and the transverse groove 10 in the additional intermediate plate.
  • the grooves may have different widths and / or a varying width.
  • thermosiphon has an L shape upside down, this embodiment is in no way limiting, it could have the shape of a straight bar or a curved bar.
  • the shape of the thermosiphon is adapted to the environment in which it will be integrated.
  • thermosiphon in three dimensions.
  • the thermosiphon has been folded to have a shape extending in several planes, in the example the two planes are orthogonal. This configuration is particularly suitable for cooling an electric circuit breaker.
  • thermosiphon It is then possible to further adapt the shape of the thermosiphon to the environment to be thermalized.
  • thermosiphon can be folded several times in one or more planes.
  • angle or angles of folding can be arbitrary. This folding can be advantageously performed after manufacture of the stack of plates. It should be noted that the bending angle is chosen as a function of the thickness of the device in order to avoid crushing of the channels and / or delamination of the plates between them.
  • FIG. 3A a sectional view of an example of a channel formed by a groove 6, the intermediate plate P4 and the end plate P1 can be seen.
  • the vertices of the section of the channel are defined not substantially planar faces.
  • the vertices then have an angle, a right angle in this example, and not a rounded shape as in the case of a partial etching of the plate.
  • FIG 3B an advantageous example of a channel section shape can be seen in which the lateral edges 24 of the grooves 6 are inclined so as to form two acute angle peaks A with one of the plates P1 and P4.
  • the acute angles promote the grip of the liquid and are therefore even more favorable to heat transfer.
  • both edges have opposite tilts.
  • the two edges could have the same inclination, in this case the acute angle peaks would not be delimited by the same plate P1 or P4.
  • the inclined lateral edges of the grooves can be obtained by punching.
  • each edge 24 of the grooves has two opposite inclinations 24.1, 24.2.
  • Such grooves are for example made using two plates, and realizing in each of the two plates, grooves inclined lateral edges such as those of the figure 3B for example by punching, then turning one plate and pressing it against the other so that the grooves are superimposed.
  • the angle ⁇ is at least equal to 70 °, preferably greater than 80 ° and very advantageously equal to 85 °.
  • the two or four vertices A may have different angle values.
  • the embodiment of the grooves uses a laser.
  • a surface treatment of the walls of the channel or channels is advantageously provided to render them wetting with respect to the fluid.
  • a chemical oxidation can be provided to make it wetting with respect to water.
  • no treatment is required, the copper being wetting.
  • aluminum alloys because of the presence of native aluminum oxide, they offer good wettability vis-à-vis fluids compatible with aluminum alloys.
  • thermosiphon T1 of the figure 1 fixed to a bar 14 of a circuit breaker that it is desired to cool.
  • the thermosyphon is fixed to the bar at the level of the evaporator zone, for example by means of screws 18, so that an outer face of the end face P1 is in plane contact with the bar 14 in order to provide a very good thermal contact, and ensure a very good heat transfer between the bar and the evaporator zone.
  • the thermosiphon is oriented so that the evaporator zone is below the condenser zone, the return of the liquid to the evaporator zone being effected by gravity.
  • thermosyphon is used to cool an electronic board 20 carrying one or more power components 22.
  • the thermosyphon is fixed on the plate, so that the outer face of the plate P1 end at the evaporator zone is in plane contact with a power component 22.
  • the thermosiphon has only one radiator fixed on the end plate P2 at the condenser zone, and the plate of end P1 is in contact with the card.
  • the card is for example vertical, favoring the return of the liquid to the evaporator zone.
  • the card and the thermosiphon can be immersed in a bath of dielectric oil or other coolant adapted to further improve the evacuation of heat.
  • the pulsed heat pipe CP1 comprises a fluid circuit C 'filled with a fluid, an evaporator zone intended to exchange heat with a heat source, and a condenser zone intended to exchange heat with a cold source.
  • the pulsed heat pipe comprises a stack of plates or sheets joined to each other, and delimiting between them a fluid circuit C '.
  • the two end plates are the outermost plates of the stack. In the example shown, they are full.
  • the first intermediate plate P103 has a plurality of grooves 106 traversing the entire thickness of the plate P103.
  • the grooves are parallel but such an arrangement is not limiting.
  • Each groove has a first end 106.1 located in the evaporator zone and a first end 106.2 located in the condenser zone.
  • the second intermediate plate P104 comprises means for connecting the grooves so as to form a single channel.
  • connection means comprise cutouts 108 dimensioned and arranged so that a cut covers only two ends 106.1 of two successive grooves. Thus a groove is placed in communication with the adjacent groove.
  • the Figure 6B represents a sectional view of the stack of the four plates along the plane PP, we can see the ends 106.1 and the cuts 108.
  • Similar connection means are provided at the ends 106.2 of the grooves, however the cutouts are arranged such that they connect two successive grooves, which are different from those connected by the cutouts 108.
  • the grooves thus connected form a channel unique serpentine-shaped coil that flows alternately between the evaporator zone and the condenser zone.
  • the fluid circuit thus formed may be schematized in the pulsed heat pipe.
  • connection means ensure a series of all the grooves.
  • the two ends of the channel thus formed remain separated.
  • the two ends of the channel are connected, preferably at the condenser, so as to form a closed loop channel
  • the pulsed heat pipe is then a curly pulsed heat pipe.
  • an additional cut is made in the second intermediate plate, which is shaped so as to connect the two ends of the serpentine channel.
  • a looped pulsed heat pipe is more efficient because, in addition to the presence of oscillations, there is an overall circulation of the fluid in one direction.
  • the grooves 106 have different widths, for example the adjacent grooves have different widths. This dissymmetry favors the oscillations which are advantageous for starting the pulsed heat pipe. For example a groove has a width of 2 mm and the adjacent groove has a width of 3 mm, this pattern is repeated for all the grooves.
  • thermosiphon the invention advantageously makes it possible to produce a channel with angles favoring capillary action.
  • All or part of the angles can be acute, which improves the heat exchange through the capillary effects. Indeed, the length of the triple lines of liquid / vapor / solid contact is increased, the heat transfer, particularly high in this area, are then intensified.
  • the FIGS. 3A to 3C apply to the pulsed heat pipe according to the invention.
  • thermosiphon The materials and size ranges given for the thermosiphon also apply for the pulsed heat pipe.
  • the heat emitted by the heat source is transmitted to the fluid in the evaporator zone, it evaporates. There is formation of vapor plugs that alternate with liquid plugs.
  • the oscillating displacement of the plugs between the evaporator and the condenser is obtained by expansion of the vapor plugs at the evaporator and retraction of these to the condenser.
  • the fluid exchanges its heat at the condenser zone.
  • the fluid as it moves, alternately enters the evaporator zone and the condenser zone.
  • the heat transfer is by latent heat due to evaporation, and by sensible heat due to the oscillating liquid plugs between the evaporator zone and the condenser zone.
  • the L shape is only an example of embodiment.
  • the pulsed heat pipe can also be folded and present, for example, the configuration of the figure 11 .
  • thermosiphon can be seen according to another embodiment, in which the thermosiphon comprises a plurality of plates containing grooves forming superimposed channels.
  • thermosiphon T2 comprises three first intermediate plates P3.1, P3.2 and P3.3 and two second intermediate plates P4.1 and P4.2.
  • the plate P4.1 is disposed between the plates P3.1 and P3.2 and the plate P4.2 is located between the plate P3.2 and P3.3.
  • the plates P4.1 and P4.2 comprise transverse grooves 8 and 10 placing in communication all the channels delimited in the three plates P3.1 to P3.3, and ensuring load balancing between all the channels. thermosyphon.
  • the balancing means are such that they ensure a balance between the channels of the same plate only or between the channels of a portion of the first intermediate plates.
  • the coolant may comprise any number of first intermediate layers and therefore channel layers.
  • thermosiphon Figures 9A and 9B can be done as the thermosiphon of the figure 1 by using a single filler mouth inserting into the wafer of one of the first intermediate plates, in the case where all the grooves communicate fluidly with each other.
  • a nozzle fixed on an orifice formed on one of the end plates for example perpendicular to it.
  • the channel layers are fluidly isolated from each other by pinching a communication channel between the layers.
  • provision may be made for a filling tube for each first intermediate plate, or group of first intermediate plates.
  • Figures 9A and 9B applies to a pulsed heat pipe, except for the second intermediate plates.
  • the intermediate plates are such that they provide a connection of a part or all the grooves between them.
  • the grooves are all connected in series, in this case a single channel winds in the different plates.
  • groups of grooves are in series so as to form several distinct channels.
  • the connection means may be such that they form a single channel by each first intermediate plate.
  • thermosiphon according to the invention On the figure 10 another example of a thermosiphon according to the invention can be seen.
  • thermosiphon T3 differs from the thermosiphon T1 of the figure 1 in that it comprises a heat exchanger 26 integrated at the level of the condenser zone, which forms the cold source.
  • thermosiphon comprises an additional intermediate plate P5 which has a groove 28 arranged to be in line with the condenser zone, and is intended to allow the circulation of a coolant extracting the heat transport by the fluid flowing in the channels of the thermosiphon.
  • the plate P5 is interposed between the second intermediate plate P4 and the end plate P2 which defines with the groove 28 a cooling circuit.
  • the groove 28 is arranged so that it is not at the right of the transverse groove 10, ensuring load balancing at the ends 6.2 of the grooves.
  • the cooling circuit comprises an inlet 30 and a heat transfer fluid outlet 32.
  • the coolant can remain liquid or change phase during the heat exchange at the condenser zone.
  • the heat exchanger may be of the air exchanger type.
  • the end plate P2 can directly integrate the radiator, for example by producing a perforated zone and / or a pleated zone.
  • the realization of a large open area is made possible because the end plate P2 is not used to seal the grooves 6.
  • the perforated area is arranged so as not to be opposite the transverse groove 10.
  • the use of the end plate P2 to produce a heat exchanger has the advantage of not requiring the addition of an additional plate.
  • Such a heat exchanger forming a heat source can also be produced at the evaporator zone.
  • thermosiphon can integrate a heat exchanger forming a cold source and / or a heat exchanger forming a heat source.
  • Heat exchangers may be of different types, one may be a liquid heat exchanger and the other may be an air or two-phase heat exchanger.
  • thermosyphon or the pulsed heat pipe has one or more channels in several layers as shown in FIGS. Figures 9A and 9B , in order to bring or extract heat to the core of the stack.
  • the heat pipe CP2 is folded so as to form a coil.
  • the coil comprises straight portions parallel to each other D1 to D8 connected in series by bends CD1 to CD7.
  • the portions have faces of larger areas parallel to each other and connected by side edges B1, B2.
  • the side edges B1, B2 also have a serpentine shape, and the lighting device is disposed on the pulsed heat pipe so as to be in contact with the side edge B1 which, because of its serpentine shape, forms a support.
  • a thermal conduction plate 36 is interposed between the lighting device and the side edge B1 and conducts the heat of the lighting device to the heat pipe.
  • the conduction plate is arranged with respect to the heat pipe so as to form with the lighting device, a heat source for only part of the heat pipe, the other parts of the heat pipe being in contact with a cold source.
  • the conduction plate covers only a portion of the lateral edge so as to form a localized source of heat.
  • the conduction plate 36 is disposed on a central portion of the coil so that zones of straight portions D1 to D8 and bends CD1 to CD7 are free of contact with the heat source, and form sources cold.
  • the conduction plate is arranged on the bends CD1, CD3, CD5, CD7 or on the bends CD2, CD4, CD6.
  • the device comprises two conduction plates each arranged, for one on the bends CD1, CD3, CD5, CD7, and for the other on the bends CD2, CD4, CD6.
  • the conduction plate in the middle part of the coil, at one end, at both ends of the coil.
  • several conduction plates for the hot zones can be implemented.
  • This device is particularly suitable for cooling electronic and / or electrical components.
  • It comprises two end plates P201 and P202, a first intermediate plate P203 and a second intermediate plate P204 directly in contact with the first intermediate plate P203.
  • the first intermediate plate has two parallel grooves 206 extending along the length of the plate P203, and the second intermediate plate P204 has two transverse grooves 208 so as to put in communication the two grooves 206 at their longitudinal ends, and form a single channel forming a closed loop.
  • the transverse grooves 208 are similar to the grooves 108 of the figure 5 .
  • the plates are assembled according to the assembly methods described above.
  • the heat pipe is then folded so as to form a coil and the thermal conduction plate is fixed on the side edge B1 for example by welding or gluing, preferably the welding material or glue ensures good heat conduction.
  • the heat pipe may comprise heat exchange fins arranged between the straight portions D1 to D8 and in thermal contact therewith.
  • the lighting device and the conduction plate form the source of heat. Each portion D1 to D8 is therefore in contact with the heat source.
  • the zones of the portions D1 to D8 free of contact with the conduction plate and the bends CD1 to CD7 are in contact with a cold source which is the air with which he exchanges heat with the latter by natural convection. Forced convection means may be implemented.
  • the channel alternately passes through a cold source and the heat source.
  • the fluid in the channel formed by the grooves in line with the conduction plate 36 evaporates. It is assumed that the heat diffuses over at least a portion of the height of the heat pipe, from the lateral edge B1 in directions to the lateral edge B2.
  • the loopback through the groove 206 on the side of the edge B2 makes it possible to homogenize the temperature of the heat pipe to its height.
  • the fluid in the channel to the right of the cold sources condenses. There is then formation of vapor plugs that alternate with liquid plugs.
  • the oscillating displacement of the plugs between the evaporator and the condenser is obtained by expansion of the vapor plugs at the evaporator and retraction of these to the condenser.
  • the fluid exchanges its heat at the condenser zone.
  • the fluid as it moves, alternately enters the evaporator zone and the condenser zone.
  • the heat transfer is by latent heat due to evaporation, and by sensible heat due to the oscillating liquid plugs between the evaporator zone and the condenser zone.
  • This embodiment is very advantageous because the number of straight zones is large, which is favorable for starting the heat pipe and its operation, preferably it is desirable to have at least 16 straight zones to obtain a good start and a proper functioning of the pulsed heat pipe.
  • each portion D1 to D8 has two straight zones.
  • the heat pipe therefore has 16 straight zones.
  • more than two grooves 206 may be provided in the height of the heat pipe.
  • the plates have a drop of 10 mm, which corresponds approximately to the length of the grooves 206.
  • the heat pipe may be shaped as a rectangular spiral or cylindrical.
  • the slightly curved shape of the "straight zones" does not interfere with the operation of the pulsed heat pipe.
  • a single intermediate plate having two parallel grooves and a single transverse groove, the channel thus formed is then not looped.
  • the realization is simplified.
  • the pulsed heat pipe of the figure 1 may comprise a plurality of first intermediate plates defining several layers of superimposed channels, the latter being connected to each other or not.
  • any other device to be cooled can be arranged on the conduction plate.
  • thermosiphon of the figure 1 An example of a method for producing a thermosiphon of the figure 1 will now be described. This description applies to the manufacture of a pulsed heat pipe, the cuts made in the second intermediate plate being adapted.
  • One of the intermediate plates is structured for example punched to form the grooves 6.
  • the other intermediate plate is structured to form the cutouts 8 and 10.
  • the plates are superimposed, the two intermediate plates against each other between the two end plates.
  • the plates are then assembled, for example by brazing.
  • the channels are partially filled with fluid.
  • thermosiphon using aluminum plates by eutectic soldering of claded sheets will be described.
  • one of the faces of the aluminum alloy sheets is coated with a lower melting aluminum alloy.
  • an alloy core sheet of the AA3xxxx series, with a coating with a eutectic alloy of the AA4xxxx series comprising silicon having a lower melting point will be used.
  • the coating is done in a known manner by a roll-bond technique, i.e. by rolling the sheets by rolling.
  • Sheets of thickness between 0.05 mm and 5 mm are chosen, with a coating typically of 5 to 10% of the total thickness.
  • the coated sheets are hot-pressed at a temperature above the melting temperature of the eutectic, but below the temperature of the core alloy, the eutectic alloy is melted, forming a tight-set solder alloy between the two sheets.
  • the channels are then partially filled with fluid.
  • thermosyphon and the pulsed heat pipe according to the invention are of simplified embodiment compared with those of the state of the art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Thermosiphon comportant un empilement de plaques solidarisées les unes aux autres de sorte à délimiter un circuit fluidique, ledit empilement comprenant :- deux plaques d'extrémité (P1, P2),- une première plaque intermédiaire (P3) disposée entre les deux plaques d'extrémité(P1, P2), ladite première plaque intermédiaire (P3) comportant une pluralité de rainures (6) traversant la première plaque intermédiaire (P3) sur toute son épaisseur, chaque rainure (6) comportant une première extrémité (6.1) située dans une zone évaporateur (2), et une deuxième extrémité (6.2) située dans une zone condenseur(4) distincte de la zone évaporateur (4),- une deuxième plaque intermédiaire (P4) comportant un premier collecteur au niveau de la zone évaporateur (2) et mettant en communication fluidique lesdites rainures (6) au niveau des premières extrémités (6.1), et un deuxième collecteur au niveau de la zone condenseur (4) et mettant en communication fluidique au moins deux rainures (6) au niveau des deuxièmes extrémités (6.2).

Description

  • La présente invention se rapporte à un dispositif de transfert thermique diphasique pouvant être un thermosiphon ou un caloduc pulsé de fabrication simplifiée.
  • Un thermosiphon diphasique est un dispositif de transfert de chaleur fonctionnant par évaporation-condensation d'un liquide introduit sous sa pression de vapeur dans une enceinte étanche. Il comporte une extrémité appelée « zone évaporateur » destinée à être en contact avec une source de chaleur et une extrémité appelée « zone condenseur » destinée à être en contact avec une source froide. Le fluide dans la zone évaporateur est échauffé et s'évapore, extrayant de la chaleur de la source de chaleur, la vapeur se déplace jusqu'à la zone condenseur où la vapeur se condense et cède la chaleur à la source froide. Le liquide retourne à la zone évaporateur. La zone évaporateur est située plus bas que la zone condenseur de sorte que les condensats retournent à la zone évaporateur par gravité.
  • Un caloduc pulsé est un système de transfert de chaleur fonctionnant par oscillations de bouchons de vapeur et de liquide dans un circuit fluidique qui circule successivement entre une ou plusieurs zones chaudes et une et plusieurs zones froides. La section du circuit fluidique est faible afin d'avoir une configuration d'écoulement de type bouchon. Le transfert de chaleur se fait par chaleur latente, mais également par chaleur sensible grâce aux bouchons de liquide oscillant entre zone chaude et zone froide.
  • De tels dispositifs de transfert thermique peuvent être utilisés dans le domaine de l'électronique, par exemple l'électronique de puissance pour refroidir les composants électroniques.
  • De tels dispositifs présentent l'avantage de pouvoir fonctionner de manière efficace contre la gravité, i.e. lorsque l'évaporateur est disposé au-dessus du condenseur.
  • Le document US 8 919 426 décrit un caloduc pulsé comportant une plaque supérieure et une plaque inférieure, chaque plaque comportant une empreinte d'un micro-canal en forme de serpentin, lorsque les deux plaques sont assemblées, elles forment un micro-canal en serpentin étanche. Les empreintes sont réalisées par gravure chimique. D'une part, il faut graver deux plaques ce qui peut être long. D'autre part, la profondeur des gravures doit être surveillée. Enfin une telle gravure a un prix de revient relativement élevée et est peu adaptée à une fabrication en moyenne et grande séries.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif de transfert thermique tel qu'un thermosiphon ou un caloduc pulsé de réalisation simplifiée.
  • Le but précédemment énoncé est atteint par un dispositif de transfert thermique formant un thermosiphon ou un caloduc pulsé, comportant une pluralité de plaques empilées et solidarisées entre elles, de sorte à définir un circuit fluidique de transfert thermique. La pluralité de plaques peut comporter deux plaques d'extrémité, au moins une plaque intermédiaire comportant des rainures traversant l'épaisseur de la plaque, et au moins une autre plaque intermédiaire comportant des découpes assurant, soit la redistribution du fluide dans les différents canaux, soit une connexion des rainures de sorte à former au moins un canal unique pour un caloduc pulsé.
  • Le dispositif de transfert thermique est donc de réalisation simple. En effet, les rainures et les découpes dans les plaques intermédiaires étant traversantes, leur étape de fabrication est simplifiée, contrairement à la réalisation d'empreinte non traversante. Elles peuvent être avantageusement réalisées par poinçonnage, ce qui est particulièrement adapté à une réalisation en moyenne ou grande série.
  • Dans le cas de plaques en alliage d'aluminium, elles peuvent être assemblées avantageusement par brasure. La mise en oeuvre d'alliages d'aluminium permet une brasure industrielle par alliage eutectique.
  • Grâce à cette répartition en plaques et à la réalisation de rainures traversantes pour former les canaux, la jonction entre la plaque intermédiaire rainurée et l'autre plaque intermédiaire ou un des plaques d'extrémité forme des angles et non des forme arrondie. Ces angles favorisent les effets capillaires.
  • En d'autres termes, les fonctions sont réparties par plaque, ce qui permet de simplifier la structure de chacune des plaques et donc de simplifier leur réalisation.
  • En effet, la plaque comportant les rainures délimitent les parois latérales des canaux, la plaque comportant les découpes forme une paroi d'extrémité et assure soit l'équilibrage de la charge entre les différents canaux dans le cas d'un thermosiphon, soit la mise en série des canaux, et les plaques d'extrémité pour l'une formant l'autre paroi d'extrémité du canal et pour l'autre fermant les découpes.
  • En outre, cette répartition des fonctions par plaque permet de simplifier le changement de dispositif fabriqué dans le cas d'une seule chaîne de fabrication pour les thermosiphons et les caloducs pulsés, il est très facile de changer de dispositif de transfert thermique fabriqué, en effet il suffit de modifier uniquement la plaque intermédiaire comportant les collecteurs pour réaliser un caloduc pulsé à la place d'un thermosiphon.
  • De manière avantageuse, les canaux sont délimités par des faces planes délimitant des angles favorables aux échanges thermiques. De manière très avantageuse, les rainures sont structurées de sorte que tout ou partie des angles soient aigus, favorisant encore davantage les transferts thermiques.
  • La présente invention a alors pour objet un thermosiphon comportant un empilement de plaques solidarisées les unes aux autres de sorte à délimiter un circuit fluidique, ledit circuit fluidique comportant au moins deux canaux remplis partiellement d'un fluide, ledit empilement comprenant :
    • deux plaques d'extrémité,
    • au moins une première plaque intermédiaire disposée entre les deux plaques d'extrémité, ladite première plaque intermédiaire comportant au moins deux rainures traversant de part en part la première plaque intermédiaire sur toute son épaisseur, chaque rainure comportant une première extrémité et une deuxième extrémité, lesdites premières extrémités étant situées dans une zone dite « zone évaporateur » et lesdites deuxièmes extrémités étant situées dans une zone dite « zone condenseur », la zone évaporateur étant distincte de la zone condenseur,
    • au moins un premier collecteur au niveau de la zone évaporateur et mettant en communication fluidique au moins deux rainures uniquement au niveau des premières extrémités,
    • au moins un deuxième collecteur au niveau de la zone condenseur et mettant en communication fluidique au moins deux rainures uniquement au niveau des deuxièmes extrémités,
    • lesdits premier et deuxième collecteurs étant tels qu'ils connectent les rainures en parallèle,
    • au moins une deuxième plaque intermédiaire en contact direct avec la première plaque intermédiaire et comportant au moins l'un des premier et deuxième collecteurs.
  • La présente invention a également pour objet un caloduc pulsé comportant un empilement de plaques solidarisées les unes aux autres de sorte à délimiter un circuit fluidique comportant au moins un canal, et rempli d'un fluide, ledit circuit fluidique comporte au moins une zone dite zone évaporateur et au moins une zone dite zone condenseur, ledit empilement comprenant :
    • deux plaques d'extrémité,
    • au moins une première plaque intermédiaire disposée entre les deux plaques d'extrémité, ladite première plaque d'extrémité comportant une pluralité de rainures traversant de part en part la première plaque intermédiaire sur toute son épaisseur, chaque rainure comportant une première extrémité et une deuxième extrémité,
    • au moins un premier connecteur au niveau desdites premières extrémités et mettant en communication fluidique les rainures deux à deux uniquement au niveau des premières extrémités,
    • au moins un deuxième connecteur au niveau des deuxième extrémités et mettant en communication fluidique les rainures deux à deux uniquement au niveau des deuxièmes extrémités,
    • lesdits premier et deuxième connecteurs étant tels qu'ils connectent les rainures en série,
    • au moins une deuxième plaque intermédiaire en contact direct avec la première plaque intermédiaire et comportant au moins l'un des premier et deuxième connecteurs.
  • De manière avantageuse, le ou les canaux est ou sont délimité(s) par quatre plans.
  • La section d'un canal ou des canaux comporte(nt) de préférence au moins deux sommets dont l'angle est compris entre 70° et 85°.
  • Par exemple les collecteurs ou les connecteurs sont formés par des rainures.
  • Le thermosiphon ou caloduc pulsé peut comporter au moins une autre première plaque intermédiaire munie de rainures.
  • Dans un exemple, le thermosiphon ou le caloduc pulsé comporte au moins une autre deuxième plaque intermédiaire munie de découpes de sorte à connecter tout ou partie des rainures entre elles.
  • Avantageusement le thermosiphon ou le caloduc pulsé comporte au moins un échangeur thermique au niveau de la zone évaporateur et/ou la zone condenseur. L'échangeur thermique peut être un radiateur rapporté sur l'une au moins des plaques d'extrémité.
  • Avantageusement l'échangeur thermique est formé directement dans l'une des plaques de l'empilement. L'échangeur thermique peut être un radiateur formé directement dans au moins l'une des plaques d'extrémité.
  • L'échangeur thermique peut comporter un circuit fluidique formé dans la plaque intermédiaire, dans lequel circule un fluide liquide ou diphasique.
  • Dans un exemple, le caloduc pulsé comporte au moins deux rainures de largeur différente connectées directement.
  • Les rainures peuvent former avec les connecteurs un canal formant une boucle fermée.
  • Dans un exemple, le caloduc est conformé pour présenter une forme de serpentin ou être enroulé sur lui-même comportant des portions droites connectées par des coudes, les premières extrémités des rainures étant situées à une extrémité libre du caloduc et les deuxièmes extrémités des rainures des rainures étant situées à une autre extrémité libre.
  • Dans un autre exemple, le caloduc est conformé pour présenter une forme de serpentin ou être enroulé sur lui-même comportant des portions droites connectées par des coudes, les premières extrémités des rainures étant situées à une extrémité libre du caloduc et les deuxièmes extrémités des rainures des rainures étant situées à une autre extrémité libre, et le collecteur et les rainures sont formées dans la même plaque intermédiaire.
  • La présente invention a également pour objet un système d'extraction de chaleur comportant un caloduc pulsé selon l'invention, dans lequel le caloduc pulsé comporte deux bords latéraux formés de l'empilement des plaques d'extrémité et au moins la première plaque intermédiaire et au moins la deuxième plaque intermédiaire, et comportant une plaque de conduction thermique en contact thermique et mécanique par une face avec une partie seulement de l'un des bords latéraux, l'autre face étant configurée pour recevoir un dispositif dont on souhaite extraire de la chaleur.
  • La plaque de conduction thermique peut être en contact avec toutes les portions droites.
  • La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un caloduc pulsé selon l'invention, comportant :
    • la fourniture d'au moins trois plaques,
    • structuration d'une plaque de sorte à former des rainures parallèles traversant toute l'épaisseur de la plaque,
    • empilage des plaques de sorte que la plaque structurée soit en contact et disposées entre les deux autres plaques,
    • assemblage des plaques,
    • remplissage partiel des rainures avec un fluide.
  • La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un thermosiphon ou caloduc pulsé selon l'invention, comportant :
    • a') la fourniture d'au moins quatre plaques,
    • b') structuration d'une plaque de sorte à former des rainures parallèles traversant toute l'épaisseur de la plaque,
    • c') structuration d'une deuxième plaque de sorte à former au moins une découpe,
    • d') empilage des plaques de sorte que la première plaque et la deuxième plaque soient en contact et disposées entre les deux autres plaques,
    • e') assemblage des plaques,
    • f') remplissage partiel des rainures avec un fluide.
  • Les étapes b) ou les étapes b') et c') peut ou peuvent être réalisée(s) par poinçonnage
  • L'étape d) ou e') peut ou peuvent être réalisée par soudage, brasage, collage.
  • Par exemple, au moins une partie des plaques est en un premier alliage d'aluminium est revêtue d'un deuxième alliage aluminium ayant un point de fusion inférieur à celui du premier alliage d'aluminium, et l'assemblage est réalisé par brasage eutectique.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un thermosiphon selon l'invention,
    • la figure 2 est une vue en éclatée du thermosiphon de la figure 1,
    • les figures 3A à 3C sont des vues en coupe de canaux de thermosiphon selon différents exemples de réalisation,
    • les figures 4A et 4B sont des vues en perspective d'intégration du thermosiphon de la figure 1 dans des systèmes à réguler thermiquement,
    • la figure 5 est une vue en éclatée d'un exemple de caloduc pulsé selon l'invention,
    • la figure 6A représente un détail de plaques mis en oeuvre dans le caloduc pulsé de la figure 5,
    • la figure 6B est une vue en coupe de la figure 5 le long du plan PC,
    • la figure 7, est une représentation schématique du circuit fluidique du caloduc pulsé,
    • la figure 8 est une vue de dessus d'une plaque selon un autre exemple de réalisation pouvant être mise en oeuvre dans un caloduc pulsé selon l'invention,
    • la figure 9A est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un thermosiphon selon l'invention,
    • la figure 9B est une vue en éclatée du thermosiphon de la figure 9A,
    • la figure 10 est une vue en éclatée d'un thermosiphon selon un autre exemple de réalisation comportant un circuit de refroidissement liquide au niveau du condenseur
    • la figure 11 est un thermosiphon selon l'invention ayant subi une étape de pliage,
    • la figure 12 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un caloduc pulsé selon l'invention,
    • la figure 13 est une vue éclatée du caloduc pulsé de la figure 12 avant pliage en forme de serpentin.
    EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • Dans la description qui va suivre, les termes « rainure » et « canal » seront utilisés indifféremment. En effet, les rainures réalisées dans une plaque forment des canaux en coopération avec les autres plaques.
  • Sur les figures 1 et 2, on peut voir un thermosiphon T1 selon un exemple de réalisation.
  • Le thermosiphon T1 comporte un circuit fluidique C rempli d'un fluide, une première zone 2 destinée à échanger de la chaleur avec une source de chaleur, pour réaliser un contrôle thermique, un transfert de chaleur, un refroidissement de composant.
  • La source de chaleur à l'évaporateur est par exemple un composant électrique, un circuit électronique, un composant électronique, tel qu'un composant électronique de puissance de type thyristor ou un transistor bipolaire à grille isolée, un dispositif d'éclairage comprenant des diodes électroluminescentes, un dispositif photovoltaïque, un réacteur chimique dégageant de la chaleur, un stockage chaud, une batterie, une pile à combustible ou tout autre système de puissance.
  • Les puits de chaleur au condenseur sont par exemple des ailettes en convection forcée, des plaques froides en écoulement mono ou diphasique, un stockage de froid.
  • Les dispositifs de stockage chaud et froid sont par exemple des dispositifs de stockage mettant en oeuvre un ou plusieurs matériaux à changement de phase, permettant de lisser par stockage thermique les apports ou les puits de chaleur de composants électriques/électroniques
  • Le thermosiphon comporte une deuxième zone 4 destinée à échanger de la chaleur avec une source froide, désignée zone condenseur.
  • La source froide peut par exemple comporter un radiateur en convection naturelle ou forcée ou un système où a lieu une réaction endothermique.
  • Le radiateur peut être choisi parmi par exemple les radiateurs à ailettes plissées, à ailettes extrudées à ailettes picots, à ailettes moulées, à ailettes fixées par moletage, à ailettes réalisées par impression 3D, ou tout autre dispositif d'échange de chaleur. En variante les ailettes peuvent être des ailettes skivées sont réalisées par une méthode appelée « skiving » qui consiste à racler la surface d'un métal mou avec un outil et à repousser les copeaux pour faire des ailettes à fort rapport d'aspect. Cette méthode offre un prix de revient réduit.
  • La zone condenseur et la zone évaporateur sont situées à distance l'une de l'autre et sont reliées par le circuit fluidique, le fluide s'évaporant dans la zone évaporateur et se condensant dans la zone condenseur.
  • Le thermosiphon comporte un empilement de plaques ou de tôles assemblées les unes aux autres, et délimitant entre elles le circuit fluidique C.
  • Dans l'exemple représenté, l'empilement comporte quatre plaques :
    • deux plaques d'extrémité P1 et P2,
    • une première plaque intermédiaire P3,
    • une deuxième plaque intermédiaire P4 directement en contact avec la première plaque intermédiaire P3.
  • Les deux plaques d'extrémité sont les plaques situées le plus à l'extérieur de l'empilement. Dans l'exemple représenté elles sont pleines.
  • Les plaques intermédiaires P3 et P4 sont situées entre les plaques d'extrémité.
  • La première plaque intermédiaire P3 comporte une pluralité de rainures 6 traversant toute l'épaisseur de la plaque P3. Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, les rainures sont parallèles entre elles mais une telle disposition n'est pas limitative.
  • Chaque rainure comporte une première extrémité 6.1 située dans la zone évaporateur 2 et une première extrémité 6.2 située dans la zone condenseur 4.
  • La deuxième plaque intermédiaire P4 comporte des moyens d'équilibrage aptes à équilibrer la charge entre les canaux au niveau de leurs première 6.1 et deuxième 6.2 extrémités.
  • Les moyens d'équilibrage comportent une première rainure 8 orientée transversalement par rapport aux rainures 6, telle qu'elle se situe au droit des premières extrémités 6.1 des canaux 6 et s'étende sur toutes les rainures. Les moyens d'équilibrage comportent également une deuxième rainure ou découpe 10 orientée transversalement par rapport aux rainures 6, telle qu'elle se situe au droit des deuxièmes extrémités 6.2 des canaux 6 et s'étende sur toutes les rainures. La première rainure transversale 8 assure la communication fluidique entre tous les canaux au niveau de la zone évaporateur, et la deuxième rainure transversale 10 assure la communication fluidique entre tous les canaux au niveau de la zone condenseur.
  • Dans l'exemple représenté, des radiateurs à ailettes 12 sont prévus sur les plaques d'extrémité P2 et P3, au droit de la zone condenseur 4 de sorte à favoriser l'évacuation de la chaleur.
  • Les rainures 6 et les rainures transversales 8 et 10 sont avantageusement réalisées par poinçonnage, technique particulièrement adaptée à une fabrication en moyenne et grande série. Dans d'autres exemples de réalisation, elles peuvent être réalisées par découpe laser, jet d'eau ou gravure chimique traversante.
  • Le fonctionnement du thermosiphon des figures 1 et 2 va maintenant être décrit.
  • La chaleur émise par la source de chaleur est transmise au fluide dans la zone évaporateur, il s'évapore et se déplace dans les canaux jusqu'à la zone condensateur où il se condense et cède sa chaleur à la source froide, via les ailettes des radiateurs, le liquide retourne à la zone évaporateur. La vapeur circule de la zone évaporateur vers la zone condenseur sensiblement au centre des canaux, et le liquide circule de la zone condenseur à la zone évaporateur le long de la paroi des canaux. La pression entre les différents canaux est équilibrée par les rainures transversales dans la zone condenseur et la zone évaporateur.
  • Les plaques ont par exemple une épaisseur comprise entre 0,05 mm à 6 mm, préférentiellement égale à 3 mm.
  • Les canaux 6 ont par exemple une largeur comprise entre 0,5 mm et 10 mm, avantageusement égale à 3 mm.
  • Les canaux 8 et 10 par exemple une largeur comprise entre 0,5 mm et 10 mm, avantageusement égale à 3 mm.
  • Les dimensions des plaques peuvent être comprises par exemple entre quelques cm et quelques mètres.
  • Les plaques ou tôles sont réalisées en un matériau présentant une bonne conductivité thermique de sorte à conduire la chaleur de la source de chaleur à la zone évaporateur et la zone condenseur à la source froide. Elles sont par exemple réalisées en alliage d'aluminium, en cuivre, en acier inoxydable.
  • Le procédé d'assemblage des tôles mis en oeuvre dépend du matériau des plaques.
  • Par exemple, dans le cas de plaques en alliage d'aluminium, par brasage au bain de sel, par brasage sous gaz inerte, par soudage par ultrasons, par soudage par friction, par collage.... Dans le cas de tôles d'aluminium cladées, i.e. des tôles en alliage d'aluminium dont une ou les deux faces sont revêtues d'un alliage d'aluminium à plus bas point de fusion, celles-ci peuvent être assemblées par brasage sous vide.
  • Dans le cas de plaque en cuivre, acier inoxydable, en superalliage, le soudage diffusion, le brasage diffusion, le collage...peuvent être utilisés.
  • Le remplissage en fluide des canaux est par exemple réalisé en utilisant un queusot de remplissage 15 inséré dans la tranche de la plaque intermédiaire P3 comme cela est schématisé sur la figure 2 En variante, on peut utiliser un queusot fixé sur un orifice ménagé sur les plaques d'extrémité, et perpendiculairement à celle-ci. Le queusot est ensuite pincé ou bouché. Puisque tous les canaux communiquent entre eux par les rainures transversales, le remplissage peut n'être réalisé que par l'intermédiaire d'un seul canal.
  • Le fluide de remplissage peut être choisi parmi les fluides utilisés communément dans les thermosiphons, et est choisi en fonction de la gamme de température de fonctionnement du dispositif à refroidir, et également des températures auxquelles les thermosiphons sont susceptibles d'être stockés, par exemple pour qu'ils résistent à des phases de gel.
  • Les fluides de remplissage qui peuvent être utilisés sont ceux couramment utilisés dans ce type d'application.
  • A titre d'exemple, pour un thermosiphon en alliage d'aluminium assemblé par brasure eutectique, on peut utiliser comme fluide l'ammoniac, l'acétone, le méthanol, le n-heptane, le R134a ou un autre fluide frigorigène fluoré.
  • Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, les moyens d'équilibrage de la charge entre les canaux au niveau des zones évaporateur et condenseur sont réalisés dans la même plaque intermédiaire P4, ce qui permet de réduire le nombre de plaques mis en oeuvre. Néanmoins, on pourrait envisager de mettre en oeuvre une autre plaque intermédiaire disposée entre la plaque d'extrémité P1 et la plaque intermédiaire P3, et de réaliser la rainure transversale 8 dans une plaque P4 et la rainure transversale 10 dans la plaque intermédiaire supplémentaire.
  • De plus, les rainures peuvent avoir des largeurs différentes et/ou une largeur qui varie.
  • En outre, dans l'exemple représenté, le thermosiphon a une forme de L à l'envers, cette réalisation n'est en aucun cas limitative, il pourrait avoir la forme d'un barre droite ou d'un barre courbe. La forme du thermosiphon est adaptée à l'environnement dans lequel il va être intégré.
  • Sur la figure 11, on peut voir un thermosiphon en trois dimensions. Le thermosiphon a été plié pour présenter une forme s'étendant dans plusieurs plans, dans l'exemple les deux plans sont orthogonaux. Cette configuration est particulièrement adaptée au refroidissement d'un disjoncteur électrique.
  • Il est alors possible d'adapter encore davantage la forme du thermosiphon à l'environnement à thermaliser.
  • Le thermosiphon peut être plié plusieurs fois suivant un ou plusieurs plans. En outre le ou les angles de pliage peuvent être quelconques. Ce pliage peut être avantageusement réalisé après fabrication de l'empilement de plaques. Il est à noter que l'angle de pliage est choisi en fonction de l'épaisseur du dispositif afin d'éviter un écrasement des canaux et/ou un délaminage des plaques entre elles.
  • On peut envisager de réaliser cette étape de pliage avant l'assemblage des plaques pour éviter le risque de délaminage, cependant l'outillage destiné à l'assemblage est sensiblement plus complexe.
  • Sur la figure 3A, on peut voir une vue en coupe d'un exemple d'un canal formé par une rainure 6, la plaque intermédiaire P4 et la plaque d'extrémité P1.
  • Les sommets de la section du canal sont définis pas des faces sensiblement planes. Les sommets présentent alors un angle, un angle droit dans cet exemple, et non une forme arrondie comme dans le cas d'une gravure partielle de la plaque.
  • La présence de ces angles favorise l'action capillaire. Les transferts thermiques sont améliorés et la limite d'entrainement est repoussée.
  • Sur la figure 3B, on peut voir un exemple avantageux d'une forme de section de canal, dans lequel les bords latéraux 24 des rainures 6 sont inclinées de sorte à former deux sommets A à angles aigus α avec l'une des plaques P1 et P4. Les angles aigus favorisent l'accroche du liquide et sont donc encore plus favorables aux transferts de chaleur. Dans cet exemple, les deux bords ont des inclinaisons opposées. Selon un autre exemple les deux bords pourraient avoir la même inclinaison, dans ce cas les sommets à angle aigu ne seraient pas délimités par la même plaque P1 ou P4. Les bords latéraux inclinés des rainures peuvent être obtenus par poinçonnage.
  • Sur la figure 3C, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un canal comportant quatre angles à quatre sommets A à angle aigu. Chaque bord 24 des rainures présentent deux inclinaisons opposées 24.1, 24.2.
  • De telles rainures sont par exemple réalisées en utilisant deux plaques, et en réalisant dans chacune des deux plaques, des rainures à bords latéraux inclinés tels que ceux de la figure 3B, par exemple par poinçonnage, puis en retournant une plaque et en la plaquant contre l'autre de sorte que les rainures se superposent.
  • L'angle α est au moins égal à 70°, de préférence supérieur à 80° et très avantageusement égal à 85°.
  • Les deux ou quatre sommets A peuvent avoir des valeurs d'angle différentes.
  • En variante, la réalisation des rainures met en oeuvre un laser.
  • Suivant le matériau des plaques, on prévoit avantageusement un traitement de surface des parois du canal ou des canaux pour les rendre mouillantes par rapport au fluide. Par exemple, dans le cas d'un thermosiphon en cuivre, on peut prévoir une oxydation chimique pour le rendre mouillant vis-à-vis de l'eau. Dans le cas d'un fluide frigorigène, aucun traitement n'est requis, le cuivre étant mouillant. Dans le cas des alliages d'aluminium, du fait de la présence d'oxyde d'aluminium natif, ceux-ci offrent une bonne mouillabilité vis-à-vis des fluides compatibles avec les alliages d'aluminium.
  • Sur la figure 4A, on peut voir le thermosiphon T1 de la figure 1 fixé à une barre 14 d'un disjoncteur que l'on souhaite refroidir. Le thermosiphon est fixé à la barre au niveau de la zone évaporateur, par exemple en moyen de de vis 18, de sorte qu'une face extérieure de la face d'extrémité P1 soit en contact plan avec la barre 14 afin d'offrir un très bon contact thermique, et assurer un très bon transfert de chaleur entre la barre et la zone évaporateur. Le thermosiphon est orienté de sorte que la zone évaporateur soit en dessous de la zone condenseur, le retour du liquide vers la zone évaporateur s'effectuant par gravité.
  • Sur la figure 4B, on peut voir un autre exemple d'intégration dans lequel le thermosiphon est utilisé pour refroidir une carte électronique 20 portant un ou des composants de puissance 22. Le thermosiphon est fixé sur la plaque, de sorte que la face extérieure de la plaque d'extrémité P1 au niveau de la zone évaporateur soit en contact plan avec un composant de puissance 22. Dans cet exemple, le thermosiphon ne comporte qu'un radiateur fixé sur la plaque d'extrémité P2 au niveau de la zone condenseur, et la plaque d'extrémité P1 est en contact avec la carte. La carte est par exemple verticale, favorisant le retour du liquide vers la zone évaporateur.
  • De manière avantageuse, la carte et le thermosiphon peuvent être immergés dans un bain d'huile diélectrique ou autre caloporteur adapté pour améliorer davantage l'évacuation de la chaleur.
  • Sur la figure 5, on peut voir un exemple de caloduc pulsé CP1 selon l'invention.
  • Le caloduc pulsé CP1 comporte un circuit fluidique C' rempli d'un fluide, une zone évaporateur destinée à échanger de la chaleur avec une source de chaleur, et une zone condenseur destinée à échanger de la chaleur avec une source froide.
  • Le caloduc pulsé comporte un empilement de plaques ou de tôles assemblées les unes aux autres, et délimitant entre elles un circuit fluidique C'.
  • Dans l'exemple représenté, l'empilement comporte quatre plaques :
    • deux plaques d'extrémité P101 et P102,
    • une première plaque intermédiaire P103,
    • une deuxième plaque intermédiaire P104 directement en contact avec la première plaque intermédiaire P103.
  • Les deux plaques d'extrémité sont les plaques situées le plus à l'extérieur de l'empilement. Dans l'exemple représenté elles sont pleines.
  • Les plaques intermédiaires P103 et P104 sont situées entre les plaques d'extrémité.
  • La première plaque intermédiaire P103 comporte une pluralité de rainures 106 traversant toute l'épaisseur de la plaque P103. Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, les rainures sont parallèles mais une telle disposition n'est pas limitative.
  • Chaque rainure comporte une première extrémité 106.1 située dans la zone évaporateur et une première extrémité 106.2 située dans la zone condenseur.
  • La deuxième plaque intermédiaire P104 comporte des moyens de connexion des rainures de sorte à former un canal unique.
  • Sur la figure 6A, on peut voir un détail de la plaque P103 au niveau des extrémités 106.1 et un détail de la plaque P104 comportant une partie des moyens de connexions.
  • Les moyens de connexions comportent des découpes 108 dimensionnées et disposées de sorte qu'une découpe recouvre uniquement deux extrémités 106.1 de deux rainures successives. Ainsi une rainure est mise en communication avec la rainure adjacente. La figure 6B représente une vue en coupe de l'empilement des quatre plaques le long du plan P-P, on peut voir les extrémités 106.1 et les découpes 108.
  • Des moyens de connexions similaires sont prévus au niveau des extrémités 106.2 des rainures, cependant les découpes sont disposées de sorte qu'elles relient deux rainures successives, celles-ci étant différentes de celles reliées par les découpes 108. Les rainures ainsi reliées forme un canal unique en forme de serpentin qui circule alternativement entre la zone évaporateur et la zone condenseur.
  • Sur la figure 7, on peut voir schématisé le circuit fluidique ainsi formé dans le caloduc pulsé.
  • Les moyens de connexion assurent une mise en série de toutes les rainures.
  • Dans un exemple de réalisation, les deux extrémités du canal ainsi formées restent séparées.
  • Dans un autre exemple de réalisation particulièrement avantageux, les deux extrémités du canal sont reliées, de préférence au niveau du condenseur, de sorte à former un canal en boucle fermée, le caloduc pulsé est alors un caloduc pulsé bouclé. Par exemple on réalise une découpe supplémentaire dans la deuxième plaque intermédiaire, qui est conformée de sorte à connecter les deux extrémités du canal en serpentin. Un caloduc pulsé bouclé est plus efficace car, en plus de la présence des oscillations, il apparaît une circulation globale du fluide dans un sens.
  • Comme pour le thermosiphon, on pourrait envisager de réaliser, les moyens de connexion des extrémités 106.1 dans une plaque 104 et les moyens de connexion des extrémités 106.2 dans une autre plaque disposée entre la plaque P101 et la plaque P103, voir réaliser un partie des découpes 108 dans une plaque et l'autre partie dans l'autre plaque, de même pour les découpes reliant les extrémités 106.2.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 6A, toutes les rainures ont la même largeur.
  • Dans un exemple avantageux représenté sur la figure 8, les rainures 106 ont des largeurs différentes, par exemple les rainures adjacentes ont des largeurs différentes. Cette dissymétrie favorise les oscillations qui sont avantageuses pour le démarrage du caloduc pulsé. Par exemple une rainure a une largeur de 2 mm et la rainure adjacente a une largeur de 3 mm, ce motif est répété pour l'ensemble des rainures.
  • Comme pour le thermosiphon, l'invention permet avantageusement de réaliser un canal avec des angles favorisant l'action capillaire.
  • Tout ou partie des angles peut être aigus, ce qui permet d'améliorer les échanges thermiques grâce aux effets capillaires. En effet, la longueur des lignes triples de contact liquide/vapeur/solide est augmentée, les transferts de chaleur, particulièrement élevés dans cette zone, sont alors intensifiés. Les figures 3A à 3C s'appliquent au caloduc pulsé selon l'invention.
  • Les matériaux et les intervalles de dimensions donnés pour le thermosiphon s'appliquent également pour le caloduc pulsé.
  • Le fonctionnement du caloduc pulsé va maintenant être décrit.
  • La chaleur émise par la source de chaleur est transmise au fluide dans la zone évaporateur, il s'évapore. Il y a formation de bouchons de vapeur qui alternent avec des bouchons de liquide. Le déplacement oscillant des bouchons entre évaporateur et condenseur est obtenu par expansion des bouchons de vapeur à l'évaporateur et rétraction de ceux-ci au condenseur. Le fluide échange sa chaleur au niveau de la zone condenseur. Le fluide, en se déplaçant, entre alternativement dans la zone évaporateur et la zone condenseur. Le transfert de chaleur se fait par chaleur latente du fait de l'évaporation, et par chaleur sensible du fait des bouchons de liquide oscillant entre la zone évaporateur et la zone condenseur.
  • L'intégration d'un caloduc pulsé à un système à refroidir est similaire à celle du thermosiphon décrite sur les figure 4A et 4B.
  • Comme pour le thermosiphon, la forme en L est uniquement un exemple de réalisation. En outre le caloduc pulsé peut également être plié et présenter par exemple la configuration de la figure 11.
  • Sur les figures 9A et 9B, on peut voir un thermosiphon selon un autre exemple de réalisation, dans lequel le thermosiphon comporte plusieurs plaques contenant des rainures formant des canaux superposés.
  • Le thermosiphon T2 comporte trois premières plaques intermédiaires P3.1, P3.2 et P3.3 et deux deuxièmes plaques intermédiaires P4.1 et P4.2.
  • La plaque P4.1 est disposée entre les plaques P3.1 et P3.2 et la plaque P4.2 est située entre la plaque P3.2 et P3.3.
  • Dans cet exemple, les plaques P4.1 et P4.2 comportent des rainures transversales 8 et 10 mettant en communication tous les canaux délimités dans les trois plaques P3.1 à P3.3, et assurant un équilibrage de la charge entre tous les canaux du thermosiphon.
  • Dans un autre exemple, les moyens d'équilibrage sont tels qu'ils assurent un équilibrage entre les canaux d'une même plaque uniquement ou entre les canaux d'une partie de premières plaques intermédiaires.
  • Avec un tel dispositif, la puissance thermique transmise est augmentée et la résistance thermique est réduite.
  • Il sera compris que le caloporteur peut comporter un nombre quelconque de première couches intermédiaires et donc de couches de canaux.
  • Dans le cas d'un nombre de premières couches intermédiaires paires, on peut envisager d'utiliser une deuxième plaque intermédiaire pour deux premières couches intermédiaires.
  • Le remplissage du thermosiphon des figures 9A et 9B peut se faire comme le thermosiphon de la figure 1, en utilisant un queusot unique de remplissage insérant dans la tranche de l'une des premières plaques intermédiaires, dans le cas où toutes les rainures communiquent fluidiquement entre elles. En variante, on peut utiliser un queusot fixé sur un orifice ménagé sur une des plaques d'extrémité, par exemple perpendiculairement à celle-ci.
  • Dans un autre exemple de réalisation, après remplissage, par exemple les couches de canaux sont isolés fluidiquement les uns des autres par pincement d'un canal de communication entre les couches.
  • Dans un autre exemple de réalisation, on peut prévoir un queusot de remplissage pour chaque première plaque intermédiaire, ou groupe de premières plaques intermédiaires.
  • La description des figures 9A et 9B s'applique à un caloduc pulsé, sauf en ce qui concerne les deuxièmes plaques intermédiaires. Les plaques intermédiaire son telles qu'elles assurent une connexion d'une partie ou de toutes les rainures entre elles.
  • Dans un exemple de réalisation, les rainures sont toutes connectées en série, dans ce cas un canal unique serpente dans les différentes plaques. Dans un autre exemple de réalisation, des groupes de rainures sont en série de sorte à former plusieurs canaux distincts. Par exemple, les moyens de connexion peuvent être tels qu'ils forment un canal unique par chaque première plaque intermédiaire.
  • Sur la figure 10, on peut voir un autre exemple de thermosiphon selon l'invention.
  • Le thermosiphon T3 diffère du thermosiphon T1 de la figure 1 en ce qu'il comporte un échangeur thermique 26 intégré au niveau de la zone condenseur, qui forme la source froide.
  • Le thermosiphon comporte une plaque intermédiaire supplémentaire P5 qui comporte une rainure 28 disposée de sorte à être au droit de la zone condenseur, et est destinée à permettre la circulation d'un caloporteur extrayant la chaleur transporter par le fluide circulant dans les canaux du thermosiphon.
  • La plaque P5 est interposée entre la deuxième plaque intermédiaire P4 et la plaque d'extrémité P2 qui délimite avec la rainure 28 un circuit de refroidissement. La rainure 28 est disposée de sorte qu'elle ne soit pas au droit de la rainure transversale 10, assurant l'équilibrage de charge au niveau des extrémités 6.2 des rainures.
  • Dans l'exemple représenté, le circuit de refroidissement comporte une entrée 30 et une sortie 32 de fluide caloporteur.
  • Le caloporteur peut rester liquide ou changer de phase lors de l'échange de chaleur au niveau de la zone condenseur.
  • Dans un autre exemple de réalisation, l'échangeur thermique peut être du type échangeur à air. Par exemple, la plaque d'extrémité P2 peut intégrer directement le radiateur, par exemple en réalisant une zone ajourée et/ou une zone plissée. La réalisation d'une zone ajourée de grande taille est rendue possible, car la plaque d'extrémité P2 ne sert pas à réaliser l'étanchéité des rainures 6. La zone ajourée est disposée de sorte à ne pas être en regard de la rainure transversale 10. L'utilisation de la plaque d'extrémité P2 pour réaliser un échangeur thermique présente l'avantage de ne pas nécessité l'ajout d'une plaque supplémentaire.
  • Un tel échangeur thermique formant une source de chaleur peut être réalisé également au niveau de la zone évaporateur.
  • Un thermosiphon peut intégrer un échangeur de chaleur formant une source froide et/ou un échangeur de chaleur formant une source de chaleur. De plus les échangeurs de chaleur peuvent être de types différents, l'un peut être un échangeur thermique à liquide et l'autre peut être un échangeur à air ou diphasique.
  • De tels échangeurs de chaleur peuvent également être réalisés à l'intérieur de l'empilement, en particulier dans le cas où le thermosiphon ou le caloduc pulsé comporte un ou des canaux dans plusieurs couches tel que représenté sur les figures 9A et 9B, afin d'amener ou d'extraire la chaleur au coeur de l'empilement.
  • Sur la figure 12, on peut voir un exemple d'un caloduc pulsé CP2 selon l'invention appliqué au refroidissement d'un dispositif d'éclairage à diodes électroluminescentes 34.
  • Le caloduc CP2 est replié de sorte à former un serpentin. Le serpentin comporte des portions droites parallèles les unes aux autres D1 à D8 raccordées en série par des coudes CD1 à CD7. Les portions comportent des faces de plus grandes surfaces parallèles les unes aux autres et reliés par des bords latéraux B1, B2.
  • Les bords latéraux B1, B2 ont également une forme de serpentin, et le dispositif d'éclairage est disposé sur le caloduc pulsé de sorte à être en contact avec le bord latéral B1 qui, du fait de sa conformation en serpentin, forme un support.
  • Une plaque de conduction thermique 36 est interposée entre le dispositif d'éclairage et le bord latéral B1 et conduit la chaleur du dispositif d'éclairage au caloduc.
  • La plaque de conduction est disposée par rapport au caloduc de sorte à former avec le dispositif d'éclairage, une source de chaleur pour une partie seulement du caloduc, les autres parties du caloduc étant au contact d'une source froide. La plaque de conduction ne recouvre qu'une partie du bord latéral de sorte à former une source de chaleur localisée. Dans l'exemple représenté, la plaque de conduction 36 est disposée sur une partie médiane du serpentin de sorte que des zones des portions droites D1 à D8 et les coudes CD1 à CD7 sont libres de contact avec la source de chaleur, et forment des sources froides. En variante, la plaque de conduction est disposée sur les coudes CD1, CD3, CD5, CD7 ou sur les coudes CD2, CD4, CD6. En variante encore, le dispositif comporte deux plaque de conduction chacune disposées, pour l'une sur les coudes CD1, CD3, CD5, CD7, et pour l'autre sur les coudes CD2, CD4, CD6. En variante, on peut mettre la plaque de conduction dans la partie médiane du serpentin, à une extrémité, aux deux extrémités du serpentin. Par ailleurs, plusieurs plaques de conduction pour les zones chaudes peuvent être mises en oeuvre.
  • Ce dispositif est particulièrement adapté au refroidissement de composants électroniques et/ou électriques.
  • Sur la figure 13, on peut voir une vue éclatée d'un exemple de réalisation du caloduc pulsé, avant conformation en serpentin, pouvant être mis en oeuvre dans le système de la figure 12.
  • Il comporte deux plaques d'extrémité P201 et P202, une première plaque intermédiaire P203 et une deuxième plaque intermédiaire P204 directement en contact avec la première plaque intermédiaire P203.
  • La première plaque intermédiaire comporte deux rainures parallèles 206 s'étendant sur la longueur de la plaque P203, et la deuxième plaque intermédiaire P204 comporte deux rainures transversales 208 de sorte à mettre en communication les deux rainures 206 au niveau de leurs extrémités longitudinales, et former un canal unique formant une boucle fermée. Les rainures transversales 208 sont similaires aux rainures 108 de la figure 5.
  • Les plaques sont assemblées selon les modes d'assemblage décrits ci-dessus.
  • Le caloduc est ensuite plié de sorte à former un serpentin et le plaque de conduction thermique est fixée sur le bord latéral B1 par exemple par soudage ou collage, de préférence le matériau de soudure ou la colle assure une bonne conduction de la chaleur.
  • Le caloduc peut comporter des ailettes d'échange thermique agencées entre les portions droites D1 à D8 et en contact thermique avec celles-ci.
  • Le fonctionnement de ce système va maintenant être décrit.
  • Le dispositif d'éclairage et la plaque de conduction forment la source de chaleur. Chaque portion D1 à D8 est donc en contact avec la source de chaleur.
  • Les zones des portions D1 à D8 libres de contact avec la plaque de conduction et les coudes CD1 à CD7 sont en contact d'une source froide qui est l'air avec lequel il échangent de la chaleur avec ce dernier par convection naturelle. Des moyens de convexion forcée peuvent être mis en oeuvre.
  • Le canal traverse alternativement une source froide et la source de chaleur.
  • Le fluide dans le canal formé par les rainures au droit de la plaque de conduction 36 s'évapore. On suppose que la chaleur se diffuse sur au moins une partie de la hauteur du caloduc, du bord latéral B1 en directions au bord latéral B2. Le rebouclage par la rainure 206 du côté du bord B2 permet d'homogénéiser la température du caloduc su sa hauteur.
  • Le fluide dans le canal au droit des sources froides se condense. Il y a alors formation de bouchons de vapeur qui alternent avec des bouchons de liquide. Le déplacement oscillant des bouchons entre évaporateur et condenseur est obtenu par expansion des bouchons de vapeur à l'évaporateur et rétraction de ceux-ci au condenseur. Le fluide échange sa chaleur au niveau de la zone condenseur. Le fluide, en se déplaçant, entre alternativement dans la zone évaporateur et la zone condenseur. Le transfert de chaleur se fait par chaleur latente du fait de l'évaporation, et par chaleur sensible du fait des bouchons de liquide oscillant entre la zone évaporateur et la zone condenseur.
  • Cet exemple de réalisation est très avantageux car le nombre de zones droites est important, ce qui est favorable pour le démarrage du caloduc et à son fonctionnement, de préférence il est souhaitable d'avoir au moins 16 zones droites pour obtenir un bon démarrage et un bon fonctionnement du caloduc pulsé.
  • Dans l'exemple représenté, chaque portion D1 à D8 comporte deux zones droites. Le caloduc comporte donc 16 zones droites.
  • En variante, plus de deux rainures 206 peuvent être prévues dans la hauteur du caloduc.
  • Par exemples, les plaques ont une larguer de 10 mm, ce qui correspond environ à la longueur des rainures 206.
  • En variante, le caloduc peut être conformé en spirale rectangulaire ou cylindrique. La forme légèrement courbée des « zones droites » ne gêne pas le fonctionnement du caloduc pulsé.
  • En variante, une seule plaque intermédiaire est utilisée comportant les deux rainures parallèles et une seule rainure transversale, le canal ainsi formé n'est alors pas bouclé. La réalisation est simplifiée.
  • En variante, le caloduc pulsé de la figure 1 peut comporter plusieurs premières plaques intermédiaires définissant plusieurs couches de canaux superposés, ceux-ci étant connectés entre eux ou non.
  • Il sera compris que tout autre dispositif à refroidir peut être disposé sur la plaque de conduction.
  • Un exemple de procédé de réalisation d'un thermosiphon de la figure 1 va maintenant être décrit. Cette description s'applique à la fabrication d'un caloduc pulsé, les découpes réalisées dans la deuxième plaque intermédiaire étant adaptées.
  • Quatre plaques sont découpées aux mêmes dimensions, deux serviront de plaques d'extrémité et deux de plaques intermédiaires.
  • Une des plaques intermédiaires est structurée par exemple poinçonnée pour former les rainures 6.
  • L'autre plaque intermédiaire est structurée pour former les découpes 8 et 10.
  • Les plaques sont superposées, les deux plaques intermédiaires l'une contre l'autre entre les deux plaques d'extrémité.
  • Les plaques sont ensuite assemblées par exemple par brasage.
  • Les canaux sont remplis partiellement de fluide.
  • A titre d'exemple uniquement, un exemple de fabrication d'un thermosiphon mettant en oeuvre des plaques en aluminium par brasage eutectique de tôles cladées va être décrit.
  • Pour cela, une des faces des tôles en alliage d'aluminium est revêtue d'un alliage aluminium à plus bas point de fusion.
  • On utilisera par exemple une tôle à coeur en alliage de la série AA3xxxx, avec un revêtement avec un alliage eutectique de la série AA4xxxx comprenant du Silicium à plus bas point de fusion. Le revêtement se fait de manière connue par une technique de roll-bond, i.e. en plaquant les tôles par laminage.
  • On choisit des tôles d'épaisseur comprise entre 0,05 mm et 5 mm, avec un revêtement typiquement de 5 à 10% de l'épaisseur totale.
  • Les tôles revêtues sont pressées à chaud à une température supérieure à la température de fusion de l'eutectique, mais inférieure à la température de l'alliage à coeur, on vient fondre l'alliage eutectique qui forme un alliage de brasure d'assemblage étanche entre les deux tôles.
  • Les canaux sont ensuite remplis partiellement de fluide.
  • Le thermosiphon et le caloduc pulsé selon l'invention sont de réalisation simplifiée par rapport à ceux de l'état de la technique.

Claims (16)

  1. Thermosiphon comportant un empilement de plaques solidarisées les unes aux autres de sorte à délimiter un circuit fluidique, ledit circuit fluidique comportant au moins deux canaux remplis partiellement d'un fluide, ledit empilement comprenant :
    - deux plaques d'extrémité (P1, P2),
    - au moins une première plaque intermédiaire (P3) disposée entre les deux plaques d'extrémité (P1, P2), ladite première plaque intermédiaire (P3) comportant au moins deux rainures (6) traversant de part en part la première plaque intermédiaire (P3) sur toute son épaisseur, chaque rainure (6) comportant une première extrémité (6.1) et une deuxième extrémité (6.2), lesdites premières extrémités (6.1) étant situées dans une zone dite « zone évaporateur » (2) et lesdites deuxièmes extrémités (6.2) étant situées dans une zone dite « zone condenseur » (4), la zone évaporateur (2) étant distincte de la zone condenseur (4),
    - au moins un premier collecteur au niveau de la zone évaporateur (2) et mettant en communication fluidique au moins deux rainures (6) uniquement au niveau des premières extrémités (6.1),
    - au moins un deuxième collecteur au niveau de la zone condenseur (4) et mettant en communication fluidique au moins deux rainures (6) uniquement au niveau des deuxièmes extrémités (6.2),
    - lesdits premier et deuxième collecteurs étant tels qu'ils connectent les rainures (6) en parallèle,
    - au moins une deuxième plaque intermédiaire (P4) en contact direct avec la première plaque intermédiaire (P3) et comportant au moins l'un des premier et deuxième collecteurs,
    lesdits premier et deuxième collecteurs étant avantageusement formés par des rainures.
  2. Thermosiphon selon la revendication 1, dans lequel le ou les canaux sont délimités par quatre plans, la section d'un canal ou des canaux comportant avantageusement au moins deux sommets (A) dont l'angle est compris entre 70° et 85°.
  3. Thermosiphon selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant au moins une autre première plaque intermédiaire munie de rainures et comportant avantageusement au moins une autre deuxième plaque intermédiaire munie de découpes de sorte à connecter tout ou partie des rainures entre elles.
  4. Thermosiphon selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, comportant au moins un échangeur thermique au niveau de la zone évaporateur et/ou la zone condenseur, ledit échangeur thermique étant avantageusement soit un échangeur thermique comportant un circuit fluidique formé dans la plaque intermédiaire, et dans lequel circule un fluide liquide ou diphasique, soit un radiateur rapporté sur l'une au moins des plaques d'extrémité ou formé directement dans au moins l'une des plaques d'extrémité.
  5. Caloduc pulsé comportant un empilement de plaques solidarisées les unes aux autres de sorte à délimiter un circuit fluidique comportant au moins un canal, et rempli d'un fluide, ledit circuit fluidique comporte au moins une zone dite zone évaporateur et au moins une zone dite zone condenseur, ledit empilement comprenant :
    - deux plaques d'extrémité (P101, P102),
    - au moins une première plaque intermédiaire (P103) disposée entre les deux plaques d'extrémité (P101, P102), ladite première plaque d'extrémité (P103) comportant une pluralité de rainures (106) traversant de part en part la première plaque intermédiaire (P103) sur toute son épaisseur, chaque rainure (106) comportant une première extrémité (106.1) et une deuxième extrémité (106.2),
    - au moins un premier connecteur au niveau desdites premières extrémités (106.1) et mettant en communication fluidique les rainures (106) deux à deux uniquement au niveau des premières extrémités (106.1),
    - au moins un deuxième connecteur au niveau des deuxième extrémités (106.2) et mettant en communication fluidique les rainures (106) deux à deux uniquement au niveau des deuxièmes extrémités (106.2),
    - lesdits premier et deuxième connecteurs étant tels qu'ils connectent les rainures (106) en série,
    - au moins une deuxième plaque intermédiaire (P104) en contact direct avec la première plaque intermédiaire et comportant au moins l'un des premier et deuxième connecteurs,
    lesdits premier et deuxième connecteurs étant avantageusement formés par des rainures.
  6. Caloduc pulsé selon la revendication 5, dans lequel le ou les canaux sont délimités par quatre plans, la section d'un canal ou des canaux comportant avantageusement au moins deux sommets (A) dont l'angle est compris entre 70° et 85°.
  7. Caloduc pulsé selon la revendication 5 ou 6, comportant au moins une autre première plaque intermédiaire munie de rainures et, comportant avantageusement au moins une autre deuxième plaque intermédiaire munie de découpes de sorte à connecter tout ou partie des rainures entre elles.
  8. Caloduc pulsé selon l'une des revendications 5, 6 et 7, comportant au moins un échangeur thermique au niveau de la zone évaporateur et/ou la zone condenseur, ledit échangeur thermique étant soit un échangeur thermique comportant un circuit fluidique formé dans la plaque intermédiaire, et dans lequel circule un fluide liquide ou diphasique, soit un radiateur rapporté sur l'une au moins des plaques d'extrémité ou formé directement dans au moins l'une des plaques d'extrémité.
  9. Caloduc pulsé selon l'une des revendications 5 à 8, comportant au moins deux rainures de largeur différente connectées directement.
  10. Caloduc pulsé selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel les rainures forment avec les connecteurs un canal formant une boucle fermée, le caloduc étant avantageusement conformé pour présenter une forme de serpentin ou être enroulé sur lui-même comportant des portions droites connectées (D1, D8) par des coudes (CD1, CD7), les premières extrémités des rainures étant situées à une extrémité libre du caloduc et les deuxièmes extrémités des rainures des rainures étant situées à une autre extrémité libre.
  11. Caloduc pulsé selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel le caloduc est conformé pour présenter une forme de serpentin ou être enroulé sur lui-même comportant des portions droites connectées (D1, D8) par des coudes (CD1, CD7), les premières extrémités des rainures étant situées à une extrémité libre du caloduc et les deuxièmes extrémités des rainures des rainures étant situées à une autre extrémité libre, et dans lequel le caloduc comporte une seule plaque intermédiaire dans laquelle sont formées le connecteur et les rainures.
  12. Système d'extraction de chaleur comportant un caloduc pulsé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le caloduc pulsé comporte deux bords latéraux (B1, B2) formés de l'empilement des plaques d'extrémité (P202) et au moins la première plaque intermédiaire (P203) et au moins la deuxième plaque intermédiaire (P204), et comportant une plaque de conduction thermique (36) en contact thermique et mécanique par une face avec une partie seulement de l'un (B1) des bords latéraux , l'autre face étant configurée pour recevoir un dispositif dont on souhaite extraire de la chaleur, la plaque de conduction thermique (36) étant avantageusement en contact avec toutes les portions droites (D1, D8).
  13. Procédé de fabrication d'un caloduc pulsé selon la revendication 11, comportant :
    a) la fourniture d'au moins trois plaques,
    b) structuration d'une plaque de sorte à former des rainures parallèles traversant toute l'épaisseur de la plaque,
    c) empilage des plaques de sorte que la plaque structurée soit en contact et disposées entre les deux autres plaques,
    d) assemblage des plaques,
    e) remplissage partiel des rainures avec un fluide.
  14. Procédé de fabrication d'un thermosiphon ou d'un caloduc pulsé selon l'une des revendications 1 à 12, comportant :
    a') la fourniture d'au moins quatre plaques,
    b') structuration d'une plaque de sorte à former des rainures parallèles traversant toute l'épaisseur de la plaque,
    c') structuration d'une deuxième plaque de sorte à former au moins une découpe,
    d') empilage des plaques de sorte que la première plaque et la deuxième plaque soient en contact et disposées entre les deux autres plaques,
    e') assemblage des plaques,
    f') remplissage partiel des rainures avec un fluide.
  15. Procédé de fabrication selon la revendication 13 ou 14, dans lequel les étapes b) ou les étapes b') et c') est ou sont réalisée(s) par poinçonnage et/ou , dans lequel l'étape d) ou e') est réalisée par soudage, brasage, collage.
  16. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 13 à 15, dans lequel au moins une partie des plaques est en un premier alliage d'aluminium est revêtue d'un deuxième alliage aluminium ayant un point de fusion inférieur à celui du premier alliage d'aluminium, et dans lequel l'assemblage est réalisé par brasage eutectique.
EP19168580.9A 2018-04-11 2019-04-11 Thermosiphon et caloduc pulse de realisation simplifiee Pending EP3553443A1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1853174A FR3080173B1 (fr) 2018-04-11 2018-04-11 Thermosiphon et caloduc pulse de realisation simplifiee

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3553443A1 true EP3553443A1 (fr) 2019-10-16

Family

ID=65685406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19168580.9A Pending EP3553443A1 (fr) 2018-04-11 2019-04-11 Thermosiphon et caloduc pulse de realisation simplifiee

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3553443A1 (fr)
FR (1) FR3080173B1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113163663A (zh) * 2020-01-22 2021-07-23 讯凯国际股份有限公司 脉冲回路热交换器与其制造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7051793B1 (en) * 1998-04-20 2006-05-30 Jurgen Schulz-Harder Cooler for electrical components
US20070144574A1 (en) * 2004-10-06 2007-06-28 Tama-Tlo, Ltd. Solar battery system and thermoelectric hybrid solar battery system
CN101487584A (zh) * 2009-02-25 2009-07-22 华南理工大学 一种大功率led灯的散热模组
US20100108296A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 Electronics And Telecommunications Research Institute Thin cooling device
US20130126125A1 (en) * 2011-11-23 2013-05-23 Chaun-Choung Technology Corp Thin heat sink
US8919426B2 (en) 2007-10-22 2014-12-30 The Peregrine Falcon Corporation Micro-channel pulsating heat pipe

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7051793B1 (en) * 1998-04-20 2006-05-30 Jurgen Schulz-Harder Cooler for electrical components
US20070144574A1 (en) * 2004-10-06 2007-06-28 Tama-Tlo, Ltd. Solar battery system and thermoelectric hybrid solar battery system
US8919426B2 (en) 2007-10-22 2014-12-30 The Peregrine Falcon Corporation Micro-channel pulsating heat pipe
US20100108296A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 Electronics And Telecommunications Research Institute Thin cooling device
CN101487584A (zh) * 2009-02-25 2009-07-22 华南理工大学 一种大功率led灯的散热模组
US20130126125A1 (en) * 2011-11-23 2013-05-23 Chaun-Choung Technology Corp Thin heat sink

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113163663A (zh) * 2020-01-22 2021-07-23 讯凯国际股份有限公司 脉冲回路热交换器与其制造方法
CN113163663B (zh) * 2020-01-22 2023-06-30 讯凯国际股份有限公司 脉冲回路热交换器与其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR3080173B1 (fr) 2020-11-27
FR3080173A1 (fr) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3553445B1 (fr) Caloduc a pompage capillaire a rainures reentrantres offrant un fonctionnement ameliore
FR2867844A1 (fr) Dissipateur thermique a fluide pulse
FR2809484A1 (fr) Bloc echangeur de chaleur
EP2912396A2 (fr) Échangeur thermique, notamment pour vehicule automobile
EP3561428B1 (fr) Caloduc a pompage capillaire a fonctionnement ameliore
EP3553443A1 (fr) Thermosiphon et caloduc pulse de realisation simplifiee
EP3055900A1 (fr) Dispositif de contrôle thermique pour module de batterie de véhicule automobile, à coût maîtrisé, et procédé de fabrication
EP3520166A1 (fr) Dispositif de regulation thermique
WO2018020139A1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment pour la regulation thermique d'une unite de reserve d'energie, et ensemble forme dudit echangeur et de ladite unite
WO2019025719A1 (fr) Tube pour echangeur de chaleur avec dispositif de perturbation
EP3553444B1 (fr) Caloduc a artere a fonctionnement ameliore
EP2591513B1 (fr) Dispositif de génération de courant et/ou de tension à base de module thermoélectrique disposé dans un flux de fluide
EP2920524A2 (fr) Module de refroidissement de panneau thermique
EP1068481A1 (fr) Dispositif d'echanges thermiques a fluide biphasique actif et procede de fabrication d'un tel dispositif
FR2666875A1 (fr) Machine frigorifique a adsorption-desorption sur zeolithes utilisant des echangeurs en profile d'aluminium.
FR2996066A1 (fr) Dispositif de controle thermique pour module de batterie de vehicule automobile, procede de fabrication dudit dispositif de controle et module de batterie
EP4325156A1 (fr) Caloduc de type à pompage capillaire, à rainures réentrantes intégrant au moins un substrat poreux à l'évaporateur
FR3056828A1 (fr) Dispositif de regulation thermique
EP3246648B1 (fr) Dispositif de refroidissement à caloduc pulsé
EP4018146A1 (fr) Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur
FR3045807A1 (fr) Echangeur thermique, notamment pour vehicule automobile
WO2010100367A1 (fr) Appareil de séparation d'air incorporant un échangeur de chaleur à plaques
WO2013037773A1 (fr) Dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
FR3099240A1 (fr) Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel échangeur de chaleur
EP1623177A2 (fr) Echangeur de chaleur, notamment, pour automobile

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20200416

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR