EP3566014A1 - Dispositif de diffusion thermique - Google Patents

Dispositif de diffusion thermique

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Publication number
EP3566014A1
EP3566014A1 EP18700184.7A EP18700184A EP3566014A1 EP 3566014 A1 EP3566014 A1 EP 3566014A1 EP 18700184 A EP18700184 A EP 18700184A EP 3566014 A1 EP3566014 A1 EP 3566014A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
walls
housing
longitudinal side
longitudinal
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.)
Withdrawn
Application number
EP18700184.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane LIPS
Antoine BARRIERE
Marine NARCY
Valérie SARTRE
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
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 Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National des Sciences Appliquees de Lyon, Universite Claude Bernard Lyon 1 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3566014A1 publication Critical patent/EP3566014A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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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 the general technical field of heat exchangers, in particular for the purpose of removing heat from an element to be cooled, such as an electronic component.
  • the present invention relates to the technical field of two-phase thermal diffusers heat pipe type.
  • thermal diffusers can be used for many applications such as applications in aeronautics, railways, aerospace, power electronics, etc.
  • Heat exchangers are systems that collect heat from one environment and redistribute it to another. There are different categories of heat exchangers for transporting heat from a hot source (electronic component, for example) to a cold source (water condenser, for example). When the surface of the cold source is significantly larger than the surface of the hot source, the heat transfer includes a heat diffusion component, and the heat exchanger is called a "heat diffuser".
  • the flat solid diffuser which generally consists of a block of material with a high thermal conductivity such as a metal; such a diffuser operates by simple conduction of heat in the block of material,
  • the capillary heat pipe which generally consists of a housing containing a liquid and a capillary structure in thermal contact with the inner walls of the housing, the liquid being located mainly in the capillary structure and flowing from the cold source to the hot source, the steam produced at the hot source occupying the entire vapor space and condensing at the cold source,
  • thermosiphon which consists of a housing including a two-phase fluid flowing under the effect of gravity forces, the gravity being the engine of the return of the condensed liquid in the evaporation zone.
  • the flat solid diffuser is heavy and inefficient with high flux density
  • the capillary heat pipe is complex, expensive, and sensitive to freezing (the capillary structure may degrade when the liquid it contains solidifies), and its thermal performance degrades at high flux densities,
  • thermosiphon - by the use of gravity forces for the circulation of the fluid - is sensitive to inclinations and very strongly constrained vis-à-vis the positioning of hot and cold sources.
  • WO 201 1/149216 describes an oscillating heat pipe composed of several loops interconnected to each other. The loops are of capillary dimensions. They are filled with a heat transfer fluid in the form of a succession of vapor bubbles and liquid plugs. When the oscillating heat pipe is heated at one end and cooled at the other, the resulting temperature differences generate both temporal and spatial pressure fluctuations, which are themselves associated with the generation and growth of vapor bubbles in the water. evaporator and their implosion in the condenser.
  • JP H10 185468, US 6,679,316 and US 5,642,776 disclose other examples of oscillating heat pipes having the same disadvantages.
  • An object of the present invention is to provide a thermal diffuser to meet the aforementioned constraints, and more specifically a thermal diffuser:
  • the hot springs can be positioned in different zones, - not very sensitive to inclination
  • the invention proposes a thermal diffusion device with heat pipe effect comprising a coolant and a housing, the housing having a bottom wall forming a bottom, an upper wall opposite the bottom wall and four side walls between the lower walls and upper side walls consisting of:
  • a first longitudinal lateral wall being intended to receive a hot source
  • the walls of the housing (2) being interconnected so as to constitute a sealed reservoir for the coolant
  • the distance between the longitudinal side walls is between 1 ⁇ 2 and 2 times the capillary length of the coolant
  • the distance between the transverse lateral walls is greater than 10 times the capillary length of the coolant
  • the amount of heat transfer fluid contained in the device is between 25 and 80% of the total volume of the housing.
  • the distance between the longitudinal side walls is between 1 ⁇ 2 and 2 times the capillary length of the coolant
  • the distance between the lateral transverse walls is greater than 10 times the capillary length of the coolant
  • the fact of constraining the fluid to a single dimension makes it possible to establish a flow of the two-dimensional two-phase fluid in the enclosure, which forms two convection cells. around the hot source (s) (upward movement of the bubbles above the hot source and return of the descending fluid around the hot source, and in particular along the two transverse lateral walls).
  • Preferred but non-limiting aspects of the device according to the invention are the following:
  • the device may be devoid of capillary structure
  • the first longitudinal side wall comprises an evaporation zone intended to receive at least one hot source, the area of the evaporation zone being less than 40% of the total area of the first longitudinal lateral wall;
  • the evaporation zone intended to receive the hot source can be positioned on the first wall at a non-zero distance from the side walls to allow a two-dimensional circulation of the coolant around the hot source,
  • the position of the evaporation zone on the first longitudinal lateral wall may be such that:
  • the distance between the evaporation zone and each transverse lateral wall is greater than or equal to one fifth of the length of the first longitudinal lateral wall
  • the distance between the evaporation zone and the upper wall is greater than or equal to one third of the height of the first longitudinal side wall
  • the outer face of the first longitudinal lateral wall may comprise a positioning mark for defining the position of the evaporation zone
  • the device may comprise spacers between the inner faces of the longitudinal side walls of the housing, each spacer being intended to cooperate with respective fastening means;
  • the internal faces of the longitudinal lateral walls may comprise surface texturing
  • the surface texturing may consist of splines formed on the inner faces of the longitudinal side walls, the grooves extending between the lower and upper walls of the housing;
  • the heat transfer fluid may be water.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate an embodiment of a thermal diffuser according to the invention
  • the device comprises a heat transfer fluid 1 and a housing 2 for containing the coolant 1.
  • the heat transfer fluid 1 makes it possible to transport the heat produced by the element to be cooled (not shown).
  • the heat transfer fluid 1 is contained in the housing 2, the internal volume of which constitutes a sealed enclosure for the coolant.
  • the vacuum is carried out in the housing 2 prior to the introduction of the coolant 1.
  • the heat transfer fluid is then in a liquid-vapor equilibrium state in the absence of heat transfer.
  • the amount of heat transfer fluid 1 contained in the housing 2 may be between 25% and 80% of the total volume of the housing 2. It depends on the intended application and the compromise adopted between the thermal performance of the system and the other constraints to be taken such as the desired inclination or degree of freedom on the placement of the hot springs. For example for certain applications, the amount of fluid can be between 30% and 70%, or between 40% and 60%, or between 45% and 55%, or even substantially equal to 50% of the total volume of the housing. As will become more clearly apparent in the rest of the text, the combination of this characteristic with specificities relating to the dimensioning of the housing 2 enables the thermal diffusion device to respond to the aforementioned constraints concerning the efficiency of the device with a high flux density, its sensitivity to the inclination, its simplicity, etc.
  • the material constituting the coolant 1 may vary depending on the desired operating temperature level.
  • the heat transfer fluid 1 can be, for example, an oil, an alcohol (such as methanol, ethanol or glycol), a compound organic (such as acetone, ammonia), a mixture, a nanofluid, a liquid metal, or any type of coolant known to those skilled in the art.
  • the coolant 1 is deionized water.
  • the use of water as heat transfer fluid 1 has many advantages, and in particular:
  • the housing 2 comprises walls consisting for example of sheets of thermally conductive material such as metal (for example copper or aluminum).
  • thermally conductive material such as metal (for example copper or aluminum).
  • the choice of material used to make the walls of the housing 2 depends in particular on the constraints of manufacture and use, as well as the type of heat transfer fluid chosen, the fluid / material pair of the housing to be chemically compatible.
  • Accommodation 2 comprises:
  • the walls 21-26 of the housing 2 are connected to each other so as to constitute a sealed reservoir containing the coolant 1.
  • the heat transfer fluid is naturally distributed in the volume constituted by the walls of the housing. This limits the risk of local overheating when using the device, unlike existing heat pipes comprising a serpentine tube (or channels) for containing the heat transfer fluid.
  • side wall “top wall” and “bottom wall” will be used with reference to a rectangular parallelepiped.
  • ⁇ 'Lower wall' means a horizontal wall of a rectangular parallelepiped nearest the ground
  • upper wall means a horizontal wall of a rectangular parallelepiped opposite to the lower wall
  • face / side wall means a face / vertical wall of a rectangular parallelepiped extending in a plane perpendicular to the bottom wall
  • faces / longitudinal walls means the vertical faces / walls of a rectangular parallelepiped of which at least one dimension is greater than the dimensions of the other faces / side walls,
  • faces / transverse walls means vertical faces / walls extending perpendicular to the longitudinal faces / walls.
  • the housing 2 is devoid of capillary structure. This reduces the risk of degradation of the thermal diffusion device in case of freezing of the heat transfer fluid 1, for example during a prolonged deactivation of the device in a cold environment.
  • the absence of a capillary structure also makes it possible to improve the thermal performance and to reduce the cost and the manufacturing constraints compared with the usual heat pipe.
  • the longitudinal side walls 25, 26 constitute the walls of larger dimensions of the thermal diffusion device. More specifically, the area of a longitudinal side wall is greater than the area of each of the other walls of the housing 2.
  • Accommodation 2 comprises:
  • a first longitudinal lateral wall 25 A second longitudinal lateral wall extending parallel to the first longitudinal lateral wall.
  • the outer face of the first longitudinal side wall 25 is intended to be in thermal contact with one (or more) source (s) hot (s).
  • the outer face of the second longitudinal side wall 26 is in turn intended to be in thermal contact with one (or more) source (s) cold (s).
  • the hot and cold sources may be disposed on the same longitudinal sidewall, as long as certain rules, described below, are respected.
  • the distance “e” between the longitudinal side walls (25, 26) is advantageously between 1 ⁇ 2 and 2 times the capillary length of the coolant (1).
  • “Capillary length” is a length scale characteristic of an interface (between two fluids) subjected to capillary forces and gravitational forces: for example, when gravitational effects dominate, a bubble or a drop is flattened by the gravity and its radius is large in front of the capillary length. This characteristic length is an intrinsic property and therefore depends on the coolant chosen for the thermal diffusion device as well as the operating temperature; in the case of water at 20 ° C, the capillary length is 2.7 millimeters.
  • the distance e between the longitudinal side walls 25, 26 is between 1 ⁇ 2 and 2 times the capillary length of the coolant 1 makes it possible to take advantage of the confined boiling phenomena.
  • the main difference between a boil in a confined environment and in an unconfined environment is that for low thermal flows, the wall overheating is less important in a confined environment than in an unconfined environment. This reflects the fact that a better heat transfer coefficient is obtained. The more the space is confined, the greater the exchange coefficient becomes greater than that reached during boiling in an unconfined environment.
  • a quantity (Qf) of heat transfer fluid comprised between 25% and 80% of the total volume (Vtot) of the housing
  • the distance L between the transverse lateral walls is in turn chosen to be much greater than the capillary length of the coolant (in particular 10, 100, 1000 times greater). This makes it possible not to confine the coolant between the transverse lateral walls.
  • the confinement of the coolant is made in one dimension, unlike the heat pipes of the oscillating type in which the heat transfer fluid is confined in two dimensions.
  • the device comprises spacers 36 between the first and second longitudinal side walls 25, 26. These spacers 36 are fixed in different positions of the respective surfaces of the first and second longitudinal side walls 25, 26.
  • the spacers 36 may be attached to the first and second longitudinal side walls 25, 26 by welding, brazing or gluing.
  • spacers 36 stiffens the housing 2 so as to maintain constant the distance between the first and second longitudinal side walls 25, 26.
  • the device may also comprise fastening means 35 - such as bolts or screws - to allow the attachment of one (or more) system (s) outside (s) on the diffuser, such as fins or a electronic card.
  • fastening means 35 - such as bolts or screws - to allow the attachment of one (or more) system (s) outside (s) on the diffuser, such as fins or a electronic card.
  • One (or more) spacer (s) 36 may (advantageously) be arranged (s) so as to cooperate with a respective fastening means.
  • spacers 36 may (advantageously) be arranged (s) so as to cooperate with a respective fastening means.
  • blind holes are formed in the spacers 36 through the first longitudinal side wall to form threaded barrels - four in number.
  • Each was intended to receive the thread of a respective fastening means to allow the attachment of a hot or cold source.
  • the spacers and fastening means 35, 36 of the first and second longitudinal side walls 25, 26 constitute thermal bridges which make it possible to heat up the coolant 1 more quickly, for example in the event of the latter being freezing (when the device thermal diffusion is deactivated and that the outside temperature is lower than the solidification temperature of the coolant).
  • the presence of fixing means and spacers 35, 36 between the longitudinal side walls 25, 26 reduces the priming time of the device.
  • primeing duration is meant the time interval between the moment when the heat dissipated by the element to be cooled is applied to the thermal diffusion device, and the moment when the coolant 1 reaches a regime steady flow.
  • one of the two inner faces or the two inner faces of the longitudinal side walls 25, 26 are textured.
  • the internal face of the second longitudinal sidewall 26 makes it possible to promote the condensation phenomenon of the coolant 1
  • the inner face of the first longitudinal lateral wall makes it possible to promote the phenomenon of evaporation of the coolant 1 by promoting nucleation effects.
  • the surface texturing of the internal faces of the longitudinal lateral walls 25, 26 consists of a vertical grooving made on said inner faces, said grooves extending between the lower and upper walls 21, 22 of the device.
  • the outer face of the first longitudinal side wall 25 is intended to be in thermal contact with one (or more) source (s) hot (s).
  • the coolant 1 is intended to be vaporized (i.e., from the liquid state to the vapor state) to allow the hot springs to cool.
  • the area of the evaporation zone is less than 40% of the total area of the first longitudinal lateral wall 25.
  • the evaporation zone 32 and each transverse lateral wall 23, 24 is equal to one fifth of the length (L) of the first longitudinal lateral wall ( L / 5), the distance between
  • the evaporation zone 32 and the upper wall 22 is equal to one third of the height (H) of the first longitudinal lateral wall ( H ), and the distance between
  • the evaporation zone 32 and the bottom wall 21 are zero.
  • the distance between the evaporation zone 32 and each transverse side wall 23, 24 and the distance between the evaporation zone 32 and the upper wall 22 depend on the intended application: they are a function of the quantity of heat transfer fluid 1 chosen as well as surfaces necessary for condensation and recirculation of the fluid.
  • At least one hot source is in thermal contact with a region of the outer face of the first longitudinal side wall 25 for which the opposite inner face is covered with heat transfer fluid 1 (advantageously so that the distance between the lower part of the corresponding region on the outer face of the first longitudinal side wall 25 and the bottom wall 21 is zero).
  • the outer face of the first longitudinal side wall 25 may comprise a positioning mark to indicate the location of (and delimit) the evaporation zone. This facilitates the positioning of hot springs by the user.
  • the positioning mark may consist, for example, of an imprint drawn or engraved on the external face of the first longitudinal lateral wall 25. 1.2.1.4. Cold source positioning zone
  • the outer face of the second longitudinal side wall 26 is intended to be in thermal contact with one (or more) source (s) cold (s).
  • the condensation zone In the cold source positioning zone - the so-called “condensing zone” - the coolant is intended to be condensed (i.e. passage from the vapor state to the liquid state).
  • the condensation zone may cover all or part of the surface of the external face of the second longitudinal lateral wall 26.
  • the condensation zone and the evaporation zone may extend on the same longitudinal sidewall.
  • the condensation zone extends above the evaporation zone. More specifically, the condensation zone can be arranged so that the distance between:
  • the zone of condensation and each transverse lateral wall 23, 24 is zero, the distance between The condensation zone and the upper wall 22 are zero, and the distance between
  • the transverse side walls 23, 24 extend perpendicular to the longitudinal side walls 25, 26.
  • the length of each of these transverse lateral walls 23, 24 is equal to the height of the thermal diffusion device (which depends on the intended application) .
  • the width of each of the transverse side walls is equal to the sum of the thicknesses of the longitudinal side walls added to the distance "e" between the longitudinal side walls 25, 26.
  • each transverse lateral wall 23, 24 is between:
  • the housing comprises a quantity of heat transfer fluid substantially equal to 50% of its total volume, so that the lower half of the inner faces of the longitudinal and transverse side walls are immersed under the heat transfer fluid.
  • the hot springs are disposed in the evaporation zone 32 of the first longitudinal lateral wall 25, at least one of the hot springs being in thermal contact with a region of the external face of the first longitudinal lateral wall for which the opposite internal face is covered with heat transfer fluid 1,
  • the cold source is in thermal contact with the external face of the second longitudinal lateral wall 26 in the condensation zone. 2.2.
  • the heat generated at the hot springs is transmitted to the heat transfer fluid 1 via the first longitudinal side wall 25.
  • the texturing of the internal face of the first side wall 25 promotes the evaporation of the coolant 1 by promoting nucleation phenomena.
  • vapor bubbles 4 are formed in the coolant (boiling) and back to the surface of said fluid (see Figure 5).
  • the evaporation of the coolant 1 in the liquid state absorbs heat. This induces a cooling of the hot source.
  • the ascension of the vapor bubbles 4 confined (in one direction) towards the surface of the coolant 1 makes it possible to raise the heat transfer fluid in the liquid state ("pushed" by the bubbles below) so as to wet the zone of evaporation 32 over its entire surface.
  • the coolant vapor occupies the upper part of the housing 2. Once in the condensation zone, the heat transfer fluid in vapor form is transformed in liquid (condensation phenomenon), then falls via recirculation zones (corresponding to zones in the housing extending opposite regions of the outer face of the first longitudinal side wall 25 devoid of hot springs) to the lower wall 21 of housing 2 under the effect of gravity.
  • Convection cells are formed around the hot source (s): the heat transfer fluid moves over the hot source (s) during its evaporation and then falls around the (or) hot source (s) during condensation.
  • the proposed thermal diffusion device is capable of transferring heat from one or more flat heat sources - such as a card or electronic component - to a cold source - such as a radiator.
  • Typical dimensions for electronic component cooling applications can be:
  • the thermal diffusion device comprises:
  • the evaporation and condensation zones may be placed on opposite walls (in particular the longitudinal side walls) or on the same wall.
  • the device can be used in a vertical or inclined position (even strongly). Great flexibility is allowed in the positioning of the sources. At least one of the hot springs is located below the filling level of the housing 2 in heat transfer fluid 1 to promote the evaporation thereof. Moreover, the hot springs are preferentially positioned so that:
  • the distance between the hot springs and the upper wall 22 of the housing 2 is greater than or equal to one third of the height of the side walls 23-26 of the housing 2, and so that
  • the distance between the hot springs and the transverse lateral walls 23, 24 of the housing 2 is greater than or equal to one fifth of the length of the longitudinal side walls 23, 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de diffusion thermique à effet caloduc comprenant un fluide caloporteur (1) et un logement (2), le logement (2) comportant une paroi inférieure (21) formant fond, une paroi supérieure (22) opposée à la paroi inférieure (21) et quatre parois latérales entre les parois inférieures (21) et supérieures (22), les parois latérales se composant de : - deux parois latérales transversales, - deux parois latérales longitudinales, une première paroi latérale longitudinale étant destinée à recevoir une source chaude, remarquable en ce que : - la distance entre les parois latérales longitudinales est comprise entre ½ et 2 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur (1), - la quantité (Qf) de fluide caloporteur (1) contenue dans le dispositif est comprise entre 25 et 80% du volume total (Vtot) du logement (2).

Description

DISPOSITIF DE DIFFUSION THERMIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine technique général des échangeurs de chaleur, notamment en vue de l'évacuation de la chaleur d'un élément devant être refroidi, tel qu'un composant électronique.
Plus précisément, la présente invention concerne le domaine technique des diffuseurs thermiques diphasiques de type caloduc. De tels diffuseurs thermiques peuvent être utilisés pour de nombreuses applications telles que des applications dans l'aéronautique, le ferroviaire, l'aérospatial, l'électronique de puissance, etc.
PRESENTATION DE L'ART ANTERIEUR
Les composants des cartes électroniques dissipent une quantité importante de chaleur, provoquant une augmentation significative de leur température et des circuits électroniques associés. Or, une augmentation trop importante de la température de ces composants électroniques peut engendrer une baisse de leur fiabilité et/ou réduire leur durée de vie. C'est pourquoi il est nécessaire d'évacuer efficacement la chaleur dissipée par les composants électroniques. Les échangeurs de chaleur sont des systèmes qui permettent de prélever de la chaleur dans un milieu et de la redistribuer à un autre. Il existe différentes catégories d'échangeurs de chaleur permettant de transporter de la chaleur d'une source chaude (composant électronique, par exemple) vers une source froide (condenseur à eau, par exemple). Lorsque la surface de la source froide est significativement plus importante que la surface de la source chaude, le transfert de chaleur inclut une composante de diffusion de la chaleur, et l'échangeur de chaleur est appelé « diffuseur thermique ». On connaît notamment :
- le diffuseur massif plat qui consiste généralement en un bloc de matériau à forte conductivité thermique tel qu'un métal ; un tel diffuseur fonctionne par simple conduction de la chaleur dans le bloc de matériau,
- le caloduc capillaire qui consiste généralement en un logement contenant un liquide et une structure capillaire en contact thermique avec les parois internes du logement, le liquide étant localisé principalement dans la structure capillaire et s'écoulant de la source froide vers la source chaude, la vapeur produite au niveau de la source chaude occupant l'ensemble de l'espace vapeur et se condensant au niveau de la source froide,
- le thermosiphon diphasique qui consiste en un logement incluant un fluide diphasique circulant sous l'effet des forces gravitaires, la gravité étant le moteur du retour du liquide condensé dans la zone d'évaporation. Chaque type de diffuseur thermique existant présente des avantages et des inconvénients. C'est pourquoi le choix d'un type de diffuseur thermique dépend de l'application visée, et plus précisément des contraintes associées à cette application.
Dans certaines applications, telle que des applications pour le refroidissement de l'électronique de puissance dans le domaine aéronautique, il est nécessaire que l'échangeur de chaleur réponde aux contraintes suivantes :
- bonne efficacité à haute densité de flux (i.e. densité de flux supérieure à quelques W/cm2), c'est-à-dire faible résistance thermique,
- faibles contraintes sur le positionnement des sources chaudes,
- faible sensibilité à l'inclinaison (dégradation des performances thermiques limitée pour des changements d'inclinaison de ± 40°),
- bonne homogénéisation des températures,
- faible complication en cas de gel,
- faible poids,
- simplicité et faible coût.
Or, aucun des diffuseurs thermiques précités ne permet de répondre à l'ensemble de ces contraintes. En effet :
- le diffuseur massif plat est lourd et peu efficace à haute densité de flux,
- le caloduc capillaire est complexe, coûteux, et sensible au gel (la structure capillaire pouvant se dégrader lorsque le liquide qu'elle contient se solidifie), et ses performances thermiques se dégradent à hautes densités de flux,
- le thermosiphon diphasique - de par l'utilisation des forces gravitaires pour la circulation du fluide - est sensible aux inclinaisons et très fortement contraint vis-à-vis du positionnement des sources chaudes et froides. Le document WO 201 1 /149216 décrit un caloduc oscillant composé de plusieurs boucles interconnectées les unes aux autres. Les boucles sont de dimensions capillaires. Elles sont remplies d'un fluide caloporteur prenant la forme d'une succession de bulles de vapeur et de bouchons de liquide. Lorsque le caloduc oscillant est chauffé à une extrémité et refroidi à l'autre, les écarts de température résultants génèrent des fluctuations de pression à la fois temporelles et spatiales, elles-mêmes associées à la génération et à la croissance de bulles de vapeur dans l'évaporateur et à leur implosion dans le condenseur. Ces fluctuations agissent comme un système de pompage permettant de transporter le liquide et les bulles de vapeur piégées par un mouvement de fluide complexe. Un inconvénient du dispositif décrit dans WO 201 1 /149216 est que son mode de fonctionnement est difficilement reproductible, du fait des mouvements de fluide complexes, en particulier lorsque de faible densités de flux sont appliquées au système (non-démarrage du système). Par ailleurs dans un tel caloduc oscillant, le positionnement des sources chaudes est fortement contraint pour assurer son bon fonctionnement.
Les documents JP H10 185468, US 6 679 316 et US 5 642 776 décrivent d'autres exemples de caloducs oscillants présentant les mêmes inconvénients.
Un but de la présente invention est de proposer un diffuseur thermique permettant de répondre aux contraintes précitées, et plus précisément un diffuseur thermique :
- ayant une bonne efficacité à haute densité de flux (i.e. densité de flux supérieure à quelques W/cm2),
- dans lequel les sources chaudes peuvent être positionnées en différentes zones, - peu sensible à l'inclinaison,
- ne risquant pas de subir de dégradation en cas de gel,
- présentant un faible poids,
- simple et peu coûteux.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention propose un dispositif de diffusion thermique à effet caloduc comprenant un fluide caloporteur et un logement, le logement comportant une paroi inférieure formant fond, une paroi supérieure opposée à la paroi inférieure et quatre parois latérales entre les parois inférieures et supérieures, les parois latérales se composant de :
- deux parois latérales transversales,
- deux parois latérales longitudinales, une première paroi latérale longitudinale étant destinée à recevoir une source chaude,
les parois du logement (2) étant reliées entre elles de sorte à constituer un réservoir étanche pour le fluide caloporteur,
remarquable en ce que :
- la distance entre les parois latérales longitudinales est comprise entre ½ et 2 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur,
- la distance entre les parois latérales transversales est supérieure à 10 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur,
- la quantité de fluide caloporteur contenue dans le dispositif est comprise entre 25 et 80% du volume total du logement.
Le fait que :
- la distance entre les parois latérales longitudinales soit comprise entre ½ et 2 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur, et que
- la distance entre les parois latérales transversales soit supérieure à 10 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur
permet de contraindre le fluide caloporteur selon une seule dimension pour profiter d'un phénomène d'ébullition confinée selon une dimension qui sera décrit plus en détail dans la suite. Même si un phénomène d'ébullition confinée peut se produire dans un caloduc oscillant, les écoulements diphasiques et les transferts de chaleur sont bien différents. En effet, les boucles composées d'un tube en serpentin ayant une dimension capillaire, le confinement du fluide s'effectue selon deux dimensions.
Dans le cadre de la présente invention, le fait de contraindre le fluide selon une unique dimension (i.e. distance entre les parois latérales longitudinales) permet d'établir un écoulement du fluide diphasique en deux dimensions dans l'enceinte, qui forme deux cellules de convection autour de la (ou des) source(s) chaude(s) (mouvement ascendant des bulles au-dessus de la source chaude et retour du fluide descendant autour de la source chaude, et notamment le long des deux parois latérales transversales).
Des aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants :
- le dispositif peut être dépourvu de structure capillaire ;
- la première paroi latérale longitudinale comprend une zone d'évaporation destinée à recevoir au moins une source chaude, l'aire de la zone d'évaporation étant inférieure à 40% de l'aire totale de la première paroi latérale longitudinale ;
- la zone d'évaporation destinée à recevoir la source chaude peut être positionnée sur la première paroi à une distance non nulle des parois latérales pour permettre une circulation en deux dimensions du fluide caloporteur autour de la source chaude,
- la position de la zone d'évaporation sur la première paroi latérale longitudinale peut être telle que :
• la distance entre la zone d'évaporation et chaque paroi latérale transversale soit supérieure ou égale à un cinquième de la longueur de la première paroi latérale longitudinale,
· la distance entre la zone d'évaporation et la paroi supérieure soit supérieure ou égale à un tiers de la hauteur de la première paroi latérale longitudinale, et
• la distance entre la zone d'évaporation et la paroi inférieure soit nulle ; - la face externe de la première paroi latérale longitudinale peut comprendre un repère de positionnement pour définir la position de la zone d'évaporation ;
- le dispositif peut comprendre des entretoises entre les faces internes des parois latérales longitudinales du logement, chaque entretoise étant destinée à coopérer avec des moyens de fixation respectifs ;
- les faces internes des parois latérales longitudinales peuvent comprendre une texturation de surface ;
- la texturation de surface peut consister en des cannelures ménagées sur les faces internes des parois latérales longitudinales, les cannelures s'étendant entre les parois inférieure et supérieure du logement ;
- le fluide caloporteur peut être de l'eau.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques du dispositif de diffusion thermique ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
- Les figures 1 et 2 illustrent un mode de réalisation d'un diffuseur thermique selon l'invention,
- Les figures 3 et 5 sont des vues de côté illustrant le principe de fonctionnement du diffuseur thermique
- Les figures 4 et 6 sont des vues de face illustrant le principe de fonctionnement du diffuseur thermique. DESCRIPTION DETAILLEE
On va maintenant décrire plus en détail le dispositif selon l'invention en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.
En référence à la figure 1 , on a illustré un mode de réalisation d'un dispositif de diffusion thermique. Le dispositif comprend un fluide caloporteur 1 et un logement 2 pour contenir le fluide caloporteur 1 .
1. Dispositif de diffusion thermique
1.1. Fluide caloporteur
Le fluide caloporteur 1 permet de transporter la chaleur produite par l'élément à refroidir (non représenté). Le fluide caloporteur 1 est contenu dans le logement 2, dont le volume intérieur constitue une enceinte étanche pour le fluide caloporteur. Le vide est effectué dans le logement 2 préalablement à l'introduction du fluide caloporteur 1 . Le fluide caloporteur se trouve alors dans un état d'équilibre liquide-vapeur en l'absence de transfert de chaleur.
La quantité de fluide caloporteur 1 contenue dans le logement 2 peut être comprise entre 25% et 80% du volume total du logement 2. Elle dépend de l'application visée et du compromis adopté entre la performance thermique du système et les autres contraintes à prendre en considération, telles que l'inclinaison ou le degré de liberté souhaité sur le placement des sources chaudes. Par exemple pour certaines applications, la quantité de fluide peut être comprise entre 30% et 70%, ou encore entre 40% et 60%, ou entre 45% et 55%, voire sensiblement égale à 50% du volume total du logement. Comme il ressortira plus clairement dans la suite du texte, la combinaison de cette caractéristique à des spécificités relatives au dimensionnement du logement 2 permet au dispositif de diffusion thermique de répondre aux contraintes précitées concernant l'efficacité du dispositif à haute densité de flux, sa sensibilité à l'inclinaison, sa simplicité, etc.
Le matériau constituant le fluide caloporteur 1 peut varier selon le niveau de température de fonctionnement désiré. Le fluide caloporteur 1 peut être par exemple une huile, un alcool (comme du méthanol, de l'éthanol ou du glycol), un composé organique (comme de l'acétone, de l'ammoniac), un mélange, un nanofluide, un métal liquide, ou tout type de fluide caloporteur connu de l'homme du métier.
Dans un mode de réalisation, le fluide caloporteur 1 est de l'eau déminéralisée. L'utilisation d'eau comme fluide caloporteur 1 présente de nombreux avantages, et notamment :
- un coût très peu élevé et
- une toxicité nulle et
- l'ininflammabilité et
- d'excellentes performances thermiques.
1.2. Logement
Le logement 2 comprend des parois consistant par exemple en des plaques de matériau thermiquement conducteur tel que du métal (par exemple du cuivre ou de l'aluminium). Le choix du matériau utilisé pour réaliser les parois du logement 2 dépend notamment des contraintes de fabrication et d'utilisation, ainsi que du type de fluide caloporteur choisi, le couple fluide/matériau du logement devant être compatible chimiquement.
Le logement 2 comprend :
- une paroi inférieure 21 formant fond,
- une paroi supérieure 22 opposée à la paroi inférieure 21 ,
- deux parois latérales transversales 23, 24, et
- deux parois latérales longitudinales 25, 26.
Les parois 21 -26 du logement 2 sont reliées les unes aux autres de sorte à constituer un réservoir étanche contenant le fluide caloporteur 1 . Ainsi, le fluide caloporteur se répartit naturellement dans le volume constitué par les parois du logement. Ceci permet de limiter les risques de surchauffe locale lors de l'utilisation du dispositif, contrairement aux caloducs existants comprenant un tube en serpentin (ou des canaux) destinés à contenir le fluide caloporteur. On utilisera dans la suite du texte les expressions « paroi latérale », « paroi supérieure », « paroi inférieure », en référence à un parallélépipède rectangle.
Le lecteur appréciera que l'on entend, dans le cadre de la présente invention, par :
· « paroi inférieure », une paroi horizontale d'un parallélépipède rectangle la plus proche du sol,
• « paroi supérieure », une paroi horizontale d'un parallélépipède rectangle opposée à la paroi inférieure,
• « face/paroi latérale », une face/paroi verticale d'un parallélépipède rectangle s'étendant dans un plan perpendiculaire à la paroi inférieure,
• « faces/parois longitudinales », des faces/parois verticales d'un parallélépipède rectangle dont au moins une dimension est supérieure aux dimensions des autres faces/parois latérales,
• « faces/parois transversales », des faces/parois verticales s'étendant perpendiculairement aux faces/parois longitudinales.
Avantageusement, le logement 2 est dépourvu de structure capillaire. Ceci permet de réduire les risques de dégradation du dispositif de diffusion thermique en cas de gel du fluide caloporteur 1 , par exemple lors d'une désactivation prolongée du dispositif dans un environnement froid. L'absence de structure capillaire permet également d'améliorer les performances thermiques et de réduire le coût et les contraintes de fabrication par rapport aux caloducs capillaires usuellement utilisés.
12.1 Parois latérales longitudinales
Les parois latérales longitudinales 25, 26 constituent les parois de plus grandes dimensions du dispositif de diffusion thermique. Plus précisément, l'aire d'une paroi latérale longitudinale est supérieure à l'aire de chacune des autres parois du logement 2.
Le logement 2 comprend :
• une première paroi latérale longitudinale 25, • une deuxième paroi latérale longitudinale 26 s'étendant parallèlement à la première paroi latérale longitudinale 25.
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 est destinée à être en contact thermique avec une (ou plusieurs) source(s) chaude(s). La face externe de la deuxième paroi latérale longitudinale 26 est quant à elle destinée à être en contact thermique avec une (ou plusieurs) source(s) froide(s). En variante, les sources chaudes et froides peuvent être disposées sur une même paroi latérale longitudinale, tant que certaines règles, exposées plus loin, sont respectées.
La distance « e » entre les parois latérales longitudinales (25, 26) est avantageusement comprise entre ½ et 2 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur (1 ). La « longueur capillaire » est une échelle de longueur caractéristique d'une interface (entre deux fluides) soumise à des forces capillaires et à des forces de pesanteur : par exemple, lorsque les effets gravitationnels dominent, une bulle ou une goutte est aplatie par la gravité et son rayon est grand devant la longueur capillaire. Cette longueur caractéristique est une propriété intrinsèque et dépend donc du fluide caloporteur choisi pour le dispositif de diffusion thermique ainsi que de la température de fonctionnement ; dans le cas de l'eau à 20°C, la longueur capillaire est de 2,7 millimètres.
Le fait que la distance e entre les parois latérales longitudinales 25, 26 soit comprise entre ½ et 2 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur 1 permet de tirer parti des phénomènes d'ébullition confinée. La principale différence entre une ébullition en milieu confiné et en milieu non confiné est que pour des flux thermiques faibles, la surchauffe en paroi est moins importante en milieu confiné qu'en milieu non confiné. Ceci traduit le fait qu'un meilleur coefficient de transfert de chaleur est obtenu. Plus l'espace est confiné, plus le coefficient d'échange devient grand devant celui atteint lors de l'ébullition dans un milieu non confiné.
L'homme du métier considère généralement que le confinement de l'ébullition n'est pas adapté dans le cadre de flux thermique importants. En effet, il considère qu'en cas de flux thermique important en milieu confiné, le taux de vapeur produite devient important et compte tenu des faibles dimensions caractéristiques du système, cela entraîne une dégradation des performances thermiques notamment liée aux problèmes de pression et pouvant aller jusqu'à un arrêt de fonctionnement du diffuseur.
Les inventeurs ont quant à eux découvert que la combinaison :
• d'une quantité (Qf) de fluide caloporteur comprise entre 25% et 80% du volume total (Vtot) du logement, et
· d'une distance e comprise entre ½ et 2 fois la longueur capillaire (Lc) du fluide caloporteur
permet d'obtenir un dispositif de diffusion thermique efficace, même lorsque le flux thermique est important et d'augmenter la surface disponible pour le placement des sources chaudes.
La distance L entre les parois latérales transversales est quant à elle choisie très supérieure à la longueur capillaire du fluide caloporteur (notamment 10, 100, 1000 fois supérieure). Ceci permet de ne pas confiner le fluide caloporteur entre les parois latérales transversales. Ainsi, dans le cadre de la présente invention, le confinement du fluide caloporteur est réalisé selon une seule dimension, contrairement aux caloducs de type oscillant dans lesquels le fluide caloporteur est confiné selon deux dimensions.
La combinaison de ces caractéristiques (½xLc < e < 2xLc, L > 10xLc, et 3/ioxVt0t < Qf < 7/ioxVtot) permet :
• d'améliorer les performances thermiques du dispositif,
• de limiter les contraintes sur le positionnement des sources chaudes, et
• de diminuer la sensibilité à l'inclinaison du dispositif de diffusion thermique.
1.2.1.1. Entretoises et Moyens de fixation Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend des entretoises 36 entre les première et deuxième parois latérales longitudinales 25, 26. Ces entretoises 36 sont fixées en différentes positions des surfaces respectives des première et deuxième parois latérales longitudinales 25, 26.
Les entretoises 36 peuvent être fixées aux première et deuxième parois latérales longitudinales 25, 26 par soudage, brasage ou collage.
La présence d'entretoises 36 permet de rigidifier le logement 2 de sorte à maintenir constante la distance entre les première et deuxième parois latérales longitudinales 25, 26.
Avantageusement, le dispositif peut également comprendre des moyens de fixation 35 - tels que des boulons ou des vis - pour permettre la fixation d'un (ou plusieurs) système(s) extérieur(s) sur le diffuseur, tel que des ailettes ou une carte électronique.
Une (ou plusieurs) entretoise(s) 36 peut (peuvent) avantageusement être agencée(s) de sorte à coopérer avec un moyen de fixation respectif. Par exemple dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, des trous borgnes sont ménagés dans les entretoises 36 à travers la première paroi latérale longitudinale pour former des futs taraudés - au nombre de quatre.
Chaque fut 36 est destiné à recevoir le pas de vis d'un moyen de fixation respectif pour permettre la fixation d'une source chaude ou froide.
Avantageusement, les entretoises et moyens de fixation 35, 36 des première et deuxième parois latérales longitudinales 25, 26 constituent des ponts thermiques qui permettent de réchauffer plus rapidement le fluide caloporteur 1 , par exemple en cas de gel de celui-ci (lorsque le dispositif de diffusion thermique est désactivé et que la température extérieure est inférieure à la température de solidification du fluide caloporteur). Ainsi, la présence de moyens de fixation et d'entretoises 35, 36 entre les parois latérales longitudinales 25, 26 permet de réduire la durée d'amorçage du dispositif.
On entend, par « durée d'amorçage », l'intervalle de temps entre l'instant où la chaleur dissipée par l'élément à refroidir est appliquée au dispositif de diffusion thermique, et l'instant où le fluide caloporteur 1 atteint un régime d'écoulement permanent.
En réduisant la durée d'amorçage du dispositif grâce aux moyens de fixation et entretoises, on limite les risques de détérioration de l'élément à refroidir, la durée d'amorçage étant suffisamment courte pour garantir un refroidissement efficace de l'élément à refroidir.
1.2.1.2. Texturation Dans un mode de réalisation, l'une des deux faces internes ou les deux faces internes des parois latérales longitudinales 25, 26 sont texturées. Dans le cas où la face interne d'une seule paroi latérale longitudinale est texturée, il s'agira avantageusement de la face interne de la première paroi latérale longitudinale 25 destinée à être en contact thermique avec une (ou plusieurs) source(s) chaude(s).
Ceci permet d'augmenter la surface d'échange entre le fluide caloporteur et la (ou les) source(s) chaude(s) / froide(s). Notamment, la texturation :
• de la face interne de la deuxième paroi latérale longitudinale 26 permet de favoriser le phénomène de condensation du fluide caloporteur 1 , · de la face interne de la première paroi latérale longitudinale 25 permet de favoriser le phénomène d'évaporation du fluide caloporteur 1 en promouvant les effets de nucléation.
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, la texturation de surface des faces internes des parois latérales longitudinales 25, 26 consiste en un rainurage vertical réalisé sur lesdites faces internes, lesdites rainures s'étendant entre les parois inférieure et supérieure 21 , 22 du dispositif. 1.2.1.3. Zone de positionnement de source chaude
Comme indiqué précédemment, la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 est destinée à être en contact thermique avec une (ou plusieurs) source(s) chaude(s).
Dans la zone de positionnement 32 des sources chaudes - dite « zone d'évaporation » - le fluide caloporteur 1 est destiné à être vaporisé (i.e. passage de l'état liquide à l'état vapeur) pour permettre le refroidissement des sources chaudes.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , l'aire de la zone d'évaporation est inférieure à 40% de l'aire totale de la première paroi latérale longitudinale 25.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , la distance entre :
· la zone d'évaporation 32 et chaque paroi latérale transversale 23, 24 est égale à un cinquième de la longueur (L) de la première paroi latérale longitudinale 25 (L/5), la distance entre
• la zone d'évaporation 32 et la paroi supérieure 22 est égale à un tiers de la hauteur (H) de la première paroi latérale longitudinale 25 (H ), et la distance entre
• la zone d'évaporation 32 et la paroi inférieure 21 est nulle.
La distance entre la zone d'évaporation 32 et chaque paroi latérale transversale 23, 24 et la distance entre la zone d'évaporation 32 et la paroi supérieur 22 dépendent de l'application visée : elles sont fonction de la quantité de fluide caloporteur 1 choisie ainsi que des surfaces nécessaires à la condensation et à la recirculation du fluide.
Au moins une source chaude est en contact thermique avec une région de la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 pour laquelle la face interne opposée est recouverte de fluide caloporteur 1 (avantageusement de manière à ce que la distance entre la partie inférieure de la région correspondante sur la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 et la paroi inférieure 21 soit nulle). Ceci permet d'assurer le bon fonctionnement du dispositif de diffusion thermique, même pour des densités de flux élevées, en conservant une ou plusieurs surfaces libres de sources chaudes sur la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 afin de permettre la condensation et le retour du liquide vers la zone d'évaporation 32.
Avantageusement, la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 peut comprendre un repère de positionnement pour indiquer la localisation de (et délimiter) la zone d'évaporation. Ceci permet de faciliter le positionnement des sources chaudes par l'utilisateur. Le repère de positionnement peut consister par exemple en une empreinte dessinée ou gravée sur la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25. 1.2.1.4. Zone de positionnement de source froide
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, la face externe de la deuxième paroi latérale longitudinale 26 est destinée à être en contact thermique avec une (ou plusieurs) source(s) froide(s).
Dans la zone de positionnement des sources froides - dite « zone de condensation » - le fluide caloporteur est destiné à être condensé (i.e. passage de l'état vapeur à l'état liquide). La zone de condensation peut recouvrir toute ou partie de la surface de la face externe de la deuxième paroi latérale longitudinale 26.
En variante, la zone de condensation et la zone d'évaporation peuvent s'étendre sur la même paroi latérale longitudinale. Dans ce cas, la zone de condensation s'étend au-dessus de la zone d'évaporation. Plus précisément, la zone de condensation peut être agencée de sorte que la distance entre :
• la zone de condensation et chaque paroi latérale transversale 23, 24 soit nulle, la distance entre • la zone de condensation et la paroi supérieure 22 soit nulle, et la distance entre
• la zone de condensation et la paroi inférieure 21 soit égale à deux tiers de la hauteur (H) de la deuxième paroi latérale longitudinale 26 (2H/3).
Le fait de pouvoir faire varier la position et les dimensions de la zone de condensation permet de limiter l'encombrement du dispositif en fonction de l'application visée.
12.2. Parois latérales transversales
Les parois latérales transversales 23, 24 s'étendent perpendiculairement aux parois latérales longitudinales 25, 26. La longueur de chacune de ces parois latérales transversales 23, 24 est égale à la hauteur du dispositif de diffusion thermique (qui dépend de l'application visée). La largeur de chacune des parois latérales transversale est quant à elle égale à la somme des épaisseurs des parois latérales longitudinales ajoutée à la distance « e » entre les parois latérale longitudinale 25, 26.
En d'autres termes, la largeur de chaque paroi latérale transversale 23, 24 est comprise entre :
· deux fois l'épaisseur d'une paroi latérale longitudinale plus ½ fois la longueur capillaire du fluide caloporteur 1 , et
• deux fois l'épaisseur d'une paroi latérale longitudinale plus deux fois la longueur capillaire du fluide caloporteur 1 . 2. Principe de fonctionnement
On va maintenant décrire plus en détails le principe de fonctionnement du dispositif de diffusion thermique en référence aux figures 4 et 5. 2.1 Hors fonctionnement
En référence à la figure 4, on a illustré un mode de réalisation du dispositif lorsque les éléments à refroidir ne génèrent pas de chaleur. Le logement comprend une quantité de fluide caloporteur sensiblement égale à 50% de son volume total, de sorte que la moitié inférieure des faces internes des parois latérales longitudinales et transversales sont immergées sous le fluide caloporteur.
On suppose dans ce mode de réalisation que :
• les sources chaudes sont disposées dans la zone d'évaporation 32 de la première paroi latérale longitudinale 25, au moins l'une des sources chaudes étant en contact thermique avec une région de la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 pour laquelle la face interne opposée est recouverte de fluide caloporteur 1 ,
• la source froide est en contact thermique avec la face externe de la deuxième paroi latérale longitudinale 26 dans la zone de condensation. 2.2. En fonctionnement
Lorsque les éléments à refroidir (i.e. sources chaudes) sont activés, la chaleur générée au niveau des sources chaudes est transmise au fluide caloporteur 1 par l'intermédiaire de la première paroi latérale longitudinale 25.
La texturation de la face interne de la première paroi latérale 25 favorise l'évaporation du fluide caloporteur 1 en promouvant des phénomènes de nucléation. Ainsi, des bulles de vapeur 4 se forment dans le fluide caloporteur (ébullition) et remontent vers la surface dudit fluide (cf. figure 5). L'évaporation du fluide caloporteur 1 à l'état liquide absorbe de la chaleur. Ceci induit un refroidissement de la source chaude.
L'ascension des bulles de vapeur 4 confinées (selon une direction) vers la surface du fluide caloporteur 1 permet de remonter du fluide caloporteur à l'état liquide (« poussé » par les bulles en-dessous) de sorte à mouiller la zone d'évaporation 32 sur toute sa surface.
La vapeur de fluide caloporteur occupe la partie supérieure du logement 2. Une fois dans la zone de condensation, le fluide caloporteur sous forme vapeur est transformé en liquide (phénomène de condensation), puis retombe via des zones de recirculation (correspondant à des zones dans le logement s'étendant en regard de régions de la face externe de la première paroi latérale longitudinale 25 dépourvues de sources chaudes) vers la paroi inférieure 21 du logement 2 sous l'effet de la gravité.
Ainsi, la recirculation du fluide caloporteur s'effectue en deux dimensions. Des cellules de convection se forment autour de la (ou des) source(s) chaude(s) : le fluide caloporteur se déplace au-dessus de la (ou des) source(s) chaude(s) lors de son évaporation et puis retombe autour de la (ou des) source(s) chaude(s) lors de sa condensation.
3. Conclusions
Le dispositif de diffusion thermique proposé est capable de transférer de la chaleur d'une ou plusieurs sources chaudes planes - telles qu'une carte ou un composant électronique - à une source froide - telle qu'un radiateur. Les dimensions typiques pour des applications de refroidissement de composants électroniques peuvent être :
• de quelques centimètre (ou dizaine de centimètre) pour la longueur (L) et la hauteur (H) des parois latérales longitudinales, et
· de quelques millimètres pour la distance (e) entre les parois latérales longitudinales.
Le dispositif de diffusion thermique comporte :
• une (ou plusieurs) zone(s) possible de positionnement de la (ou des) source(s) chaude(s), dite(s) « zone(s) d'évaporation », et
• une (ou plusieurs) zone(s) possible de positionnement de la (ou des) source(s) froide(s), dite(s) « zone(s) de condensation ».
Les zones d'évaporation et de condensation peuvent être placées sur des parois opposées (notamment les parois latérales longitudinales) ou sur une même paroi.
Le dispositif peut être utilisé en position verticale ou inclinée (même fortement). Une grande flexibilité est permise dans le positionnement des sources. Au moins une des sources chaudes est située en dessous du niveau de remplissage du logement 2 en fluide caloporteur 1 pour favoriser l'évaporation de celui-ci. Par ailleurs, les sources chaudes sont préférentiellement positionnées de sorte que :
• la distance entre les sources chaudes et la paroi supérieur 22 du logement 2 soit supérieure ou égale à un tiers de la hauteur des parois latérales 23-26 du logement 2, et de sorte que
• la distance entre les sources chaudes et les parois latérales transversales 23, 24 du logement 2 soit supérieure ou égale à un cinquième de la longueur des parois latérales longitudinales 23, 24.
Ceci permet de maximiser l'efficacité de diffusion de chaleur du dispositif.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit ci-dessus sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.
Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif de diffusion thermique à effet caloduc comprenant un fluide caloporteur (1 ) et un logement (2), le logement (2) comportant une paroi inférieure (21 ) formant fond, une paroi supérieure (22) opposée à la paroi inférieure (21 ) et quatre parois latérales (23, 24, 25, 26) entre les parois inférieures (21 ) et supérieures (22), les parois latérales se composant de :
- deux parois latérales transversales (23, 24),
- deux parois latérales longitudinales (25, 26), une première paroi latérale longitudinale (25) étant destinée à recevoir une source chaude,
les parois du logement (2) étant reliées entre elles de sorte à constituer un réservoir étanche pour le fluide caloporteur,
caractérisé en ce que :
- la distance entre les parois latérales longitudinales (25, 26) est comprise entre ½ et 2 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur (1 ),
- la distance entre les parois latérales transversales est supérieure à 10 fois la longueur capillaire du fluide caloporteur,
- la quantité (Qf) de fluide caloporteur (1 ) contenue dans le dispositif est comprise entre 25 et 80% du volume total (Vtot) du logement (2).
Dispositif selon la revendication 1 , lequel est dépourvu de structure capillaire.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première paroi latérale longitudinale (25) comprend une zone d'évaporation (32) destinée à recevoir au moins une source chaude, l'aire de la zone d'évaporation (32) étant inférieure à 40% de l'aire totale de la première paroi latérale longitudinale (25).
Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la zone d'évaporation destinée à recevoir la source chaude est positionnée sur la première paroi à une distance non nulle des parois latérales pour permettre une circulation en deux dimensions du fluide caloporteur autour de la source chaude.
5. Dispositif selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la position de la zone d'évaporation sur la première paroi latérale longitudinale est telle que :
• la distance entre la zone d'évaporation (32) et chaque paroi latérale transversale (23, 24) est supérieure ou égale à un cinquième de la longueur (L) de la première paroi latérale longitudinale (25),
• la distance entre la zone d'évaporation (32) et la paroi supérieure (22) est supérieure ou égale à un tiers de la hauteur (H) de la première paroi latérale longitudinale (25), et
• la distance entre la zone d'évaporation (32) et la paroi inférieure (21 ) est nulle.
6. Dispositif selon l'une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel la face externe de la première paroi latérale longitudinale (25) comprend un repère de positionnement pour définir la position de la zone d'évaporation (32).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend des entretoises (36) entre les faces internes des parois latérales longitudinales (25, 26) du logement (2), chaque entretoise (36) étant destinée à coopérer avec des moyens de fixation respectifs.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les faces internes des parois latérales longitudinales (25, 26) comprennent une texturation de surface.
9. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la texturation de surface consiste en des cannelures ménagées sur les faces internes des parois latérales longitudinales (25, 26), les cannelures s'étendant entre les parois inférieure et supérieure (21 , 22) du logement (2).
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le fluide caloporteur (1 ) est de l'eau.
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