FR2705523A1

FR2705523A1 - Installation de refroidissement, notamment pour une carte de circuit électronique.

Info

Publication number: FR2705523A1
Application number: FR9305904A
Authority: FR
Inventors: Olivier Andre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1994-11-25

Abstract

L'invention concerne une installation de refroidissement, notamment pour des cartes à circuit imprimé. L'élément d'échange thermique (16) est disposé à un niveau supérieur N2. Il est raccordé par deux conduites (12) et (20) à un ensemble constitué par une pompe auto-amorçable (24), un échangeur thermique (26) et une vanne de régulation de pression (30) commandé par un capteur de pression (36). Cet ensemble est disposé à un niveau inférieur N1. La vanne de régulation maintient le liquide à une pression inférieure à la pression atmosphérique au niveau N1.

Description

INSTALLATION DE REFROIDISSEMENT, NOTAMMENT
POUR UNE CARTE DE CIRCUIT ELECTRONIQUE
La présente invention a pour objet une installation de refroidissement, notamment mais non exclusivement pour une carte de circuit électronique ou un ensemble de telles cartes.

On sait que les installations de refroidissement de composants consistent dans un circuit de mise en circulation d'un fluide de refroidissement caloporteur qui alimente un élément d'échanges thermiques avec le composant à refroidir. Dans le cas où le composant à refroidir est un circuit électronique ou analogue, il est clair qu'en cas de fuite de l'élément d'échanges thermiques, la présence du liquide caloporteur au contact des circuits électroniques ou des composants risque d'endommager irréversiblement ceux-ci ou du moins d'en altérer le fonctionnement, par exemple par création de courts-circuits ou analogues.

On comprend aisément que la seule façon efficace d'éviter tout risque de fuites au niveau de l'échange thermique est de prévoir l'alimentation de l'échangeur thermique de telle manière que, dans celui-ci, le liquide caloporteur soit à une pression inférieure à la pression ambiante. En effet, en cas de fuite, en raison de la dépression relative, c'est de l'air qui entrera dans l'échangeur.

Cependant, ce principe étant admis, il est nécessaire que l'installation permettant de créer cette dépression relative au niveau des éléments d'échange thermique soit d'une grande fiabilité et soit d'une mise en oeuvre commode.

Un objet de la présente invention est de fournir une installation de refroidissement, notamment pour une carte de circuit électronique qui permet effectivement d'obtenir la mise en dépression de l'élément d'échange thermique avec le composant tout en garantissant un fonctionnement fiable de cette installation.

Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'installation de refroidissement d'un compostant, notamment d'une carte de circuit électronique se caractérise en ce qu'elle comprend:
un élément d'échange thermique avec ledit composant disposé audessus d'un premier niveau N2;
une première conduite d'alimentation en liquide de refroidissement dont l'extrémité supérieure est raccordée à l'entrée dudit élément d'échange thermique;
une deuxième conduite d'évacuation du liquide de refroidissement dont une extrémité est raccordée à la sortie dudit élément d'échange thermique; et
un ensemble d'alimentation pour la mise en circulation dudit liquide et le contrôle de la pression de ce liquide de refroidissement, ledit ensemble d'alimentation étant disposé en-dessous d'un deuxième niveau N1 inférieur audit premier niveau N2, ledit ensemble d'alimentation comprenant un sous-ensemble constitué par une pompe à auto-amorçagepour la mise en circulation du liquide et un échangeur thermique monté en série, l'entrée dudit sous-ensemble étant raccordée à la deuxième extrémité de ladite deuxième conduite, une vanne de régulation dont l'entrée est raccordée à la sortie dudit sous-ensemble et dont la sortie est raccordée à l'extrémité inférieure de ladite premième conduite, un capteur de pression disposé dans ladite première conduite à proximité de son extrémité inférieure, et des moyens de commande de ladite vanne de régulation pour maintenir la pression mesurée par ledit capteur dans la première conduite à une valeur inférieure à la pression ambiante, par quoi la pression du liquide de refroidissement dans ledit élément d'échange thermique est maintenue à une valeur sensiblement inférieure à celle de la pression ambiante.

On comprend que, grâce à l'organisation de l'ensemble d'alimentation, la pression du liquide à la sortie de celui-ci est maintenue à une valeur inférieure à la pression ambiante, typiquement à la pression atmosphérique. En outre, comme l'élément d'échange thermique avec le composant est disposé à un niveau supérieur à celui de la sortie de l'ensemble d'alimentation, la pression du liquide de refroidissement dans l'élément d'échange thermique est sensiblement inférieure à la pression ambiante en raison de la différence des pressions statiques. On comprend que, dans le cas où une fuite fortuite apparaîtrait dans l'élément d'échange thermique, on aurait entrée d'air ou de gaz dans la conduite et non sortie du liquide de refroidissement.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement se caractérise en ce que la vanne de régulation est du type à trois voies et comporte une sortie auxiliaire de régulation, ladite sortie de régulation étant raccordée à la deuxième extrémité de ladite deuxième conduite en amont de l'entrée dudit sous-ensemble par l'intermédiaire d'une troisième conduite.

On comprend que, dans ce mode de mise en oeuvre préféré, le débit de liquide "excédentaire" est recyclé par la troisième conduite et ré-injecté à l'entrée du sous-ensemble, c'est-à-dire de préférence à l'entrée de la pompe. On évite ainsi la création d'une surpression en amont de la vanne de régulation.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles:
- la figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation selon un premier mode de réalisation; et
- la figure 2 est une vue partielle de l'installation de refroidissement montrant un mode simplifié de réalisation de l'ensemble d'alimentation.

En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire un mode préféré de réalisation de l'installation de refroidissement. Elle est composée essentiellement d'une première conduite 12 sensiblement verticale dont l'extrémité inférieure 12a est raccordée à la sortie d'un ensemble 14 d'alimentation en liquide de refroidissement et dont l'extrémité supérieure 12b est raccordée à l'entrée d'un élément d'échange thermique 16 pour le refroidissement d'un composant 18, tel qu'une carte de circuit imprimé. La nature de l'élément d'échange thermique 16 est adaptée au composant à refroidir; elle peut consister par exemple en un ensemble de conduites parallèles ou une structure d'épaisseur réduite en forme de plaque creuse. L'installation comporte une deuxième conduite d'évacuation du liquide de refroidissement 20 dont une première extrémité 20a est raccordée à la sortie de l'élément d'échange thermique 16 et la deuxième extrémité 20b est raccordée à l'entrée de l'ensemble d'alimentation 14. Le liquide de refroidissement peut être, par exemple, de l'eau ou de l'huile siliconée.

Il est important de remarquer que l'élément d'échange thermique 16 est disposé au-dessus d'un premier niveau N2 alors que l'ensemble d'alimentation 14 est disposé sensiblement à un deuxième niveau N1 qui est sensiblement inférieur au premier niveau N2. La différence de niveau est, par exemple, de 0,2 à 2 mètres.

Comme le montre la figure 1, l'ensemble d'alimentation 14 comporte un premier sous-ensemble 22 constitué par une pompe à auto-amorçage 24 et par un échangeur thermique 26 en série. De préférence, l'entrée 24a de la pompe 24 est raccordée à la deuxième extrémité 20b de la conduite 20 et la sortie 24b de la pompe 24 est raccordée à l'entrée de l'échangeur thermique 26. Celui-ci peut être de toute nature et a simplement pour but d'extraire du liquide de refroidissement les calories prélevées dans l'élément d'échange thermique 16. La sortie 22b du sous-ensemble 22 est de préférence raccordée à l'entrée d'un dispositif 28 qui remplit la double fonction de permettre l'évacuation de l'air ou du gaz qui pourrait entrer dans le circuit en raison de fuites et, d'autre part, d'absorber l'effet des dilatations thermiques du fluide de refroidissement. Ce dispositif 28 est de préférence constitué par un séparateur d'air du type fabriqué par la société FLAMCO sous la dénomination FLAMCOVENT. Cet appareil est avantageusement équipé d'un enregistreur qui permet de mémoriser la fréquence et la durée d'ouverture du séparateur d'air. Ces informations permettent de contrôler l'état de l'installation. On peut adjoindre à ce dispositif un vase d'expansion qui intervient si la quantité de gaz entrant accidentellement dans le circuit de l'installation est trop importante pour être absorbée par le séparateur de gaz.

La sortie du dispositif 28 est raccordée à l'entrée 30a d'une vanne de régulation 30, la sortie 30b de la vanne étant raccordée à l'extrémité inférieure 12a de la conduite 12. De préférence, la vanne de régulation 30 est du type à trois voies, c'est-à-dire qu'elle comporte de plus une sortie auxiliaire de régulation 30c par laquelle l'obturateur de la vanne commande la sortie d'un débit dérivé en fonction du signal de commande délivré par le circuit de contrôle 32 de la vanne. La sortie auxiliaire 30c de la vanne est raccordée par une troisième conduite 34 à l'extrémité inférieure 20b de la deuxième conduite 20, c'est-à-dire en amont de l'entrée de la pompe 24. On comprend que, dans la phase de régulation, l'excédent de débit est recyclé par la conduite 34 à l'entrée de la pompe 24. La commande de la vanne de régulation 30 est assurée par un capteur de pression de type convenable 36 qui est monté à l'intérieur de la conduite 12 à proximité de son extrémité inférieure 12a, le capteur 36 étant au niveau NI.

Comme cela est bien connu, le signal de mesure délivré par le capteur 30 est appliqué au circuit de commande 32 qui, à son tour, commande la position de l'obturateur de la vanne 30 pour maintenir la pression mesurée par le capteur 36 à sa valeur de consigne. Selon l'invention, la valeur de consigne est légèrement inférieure à la pression ambiante, c'est-à-dire à la pression atmosphérique ; par exemple la pression de consigne est de l'ordre de 900 millibars absolus.

Selon un mode préférée de réalisation, la pompe à auto-amorçage est fabriquée par la société SIHI HALBERG et porte la référence F261.

La pompe peut également être du type commercialisé par la société
JETLY sous la référence JET61.

Comme le montre la figure 1, l'installation comporte en outre un clapet anti-retour 40 monté à l'extrémité inférieure 20b de la deuxième conduite 20 en amont du point de la conduite 20 où débouche la conduite 34. Ce clapet anti-retour 40 empêche la remontée du liquide dans la conduite 20 en cas de défaillance de la pompe 24.

La figure 2 illustre un mode simplifié de réalisation de l'ensemble d'alimentation qui porte, dans ce cas, la référence 12'. Dans ce mode simplifié, on retrouve le sous-ensemble 22 constitué par la pompe 24 à auto-amorçage et par l'échangeur thermique 26. On retrouve également le dispositif 28 séparateur d'air et d'absorption des dilatations thermiques. La vanne de régulation est une vanne à deux voies référencée 50. Cette vanne 50 est associée à un capteur de pression 36 identique à celui du mode de réalisation de la figure 1. La mesure effectuée par le capteur 36 est transmise au circuit de commande 52 qui commande la position de l'obturateur de la vanne de régulation 50 de telle façon que la pression mesurée par le capteur 36 soit maintenue à sa valeur de consigne, c'est-à-dire à une valeur inférieure à la pression ambiante typiquement à une valeur de 900 millibars absolus.

Pour la mise en charge de l'installation, on peut raccorder la deuxième conduite à un réservoir externe de liquide de refroidissement.

Un raccordement peut être prévu à cet effet entre le clapet anti-retour et l'entrée de la pompe. Sous l'effet de la pompe, les conduites se remplissent progressivement de liquide et l'air est évacué par le séparateur 28.

Il faut ajouter que l'installation permet d'assurer la sécurité du composant à refroidir même en cas d'incidents de fonctionnement. Dans le cas d'une rupture de conduite en aval de la vanne de régulation, le liquide reste contenud ans les conduites pour la portée inférieure de l'installation et pour sa partie supérieure le liquide est aspiré par la pompe et refoulée dans le séparateur d'air. Dans le cas d'un arrêt intempestif de la pompe, le liquide contenu dans la partie inférieure de l'installation est bloqué par le clapet anti-retour. Enfin, selon le mode préféré de réalisation, dans le cas d'une augmentation de pression en amont de la vanne de régulation le liquide circule en circuit fermé en passant par la conduite secondaire.

Claims

REVENDICATIONS

1. Installation de refroidissement de composants de carte de circuit électronique, caractérisée en ce qu'elle comprend:

un élément d'échange thermique (16) avec ledit composant (18) disposé au-dessus d'un premier niveau N2;

une première conduite d'alimentation (12) en liquide de refroidissement dont l'extrémité supérieure (12b) est raccordée à l'entrée dudit élément d'échange thermique;

une deuxième conduite d'évacuation du liquide de refroidissement (20) dont une première extrémité (20a) est raccordée à la sortie dudit élément d'échange thermique (16); et

un ensemble d'alimentation (14) pour la mise en circulation dudit liquide et le contrôle de la pression de ce liquide de refroidissement, ledit ensemble d'alimentation étant disposé en-dessous d'un deuxième niveau Ni inférieur audit premier niveau N2, ledit ensemble d'alimentation comprenant un sous-ensemble (22) constitué par une pompe(24) à auto-amorçage et un échangeur thermique (26) monté en série, l'entrée (24a) dudit sous-ensemble étant raccordée à la deuxième extrémité(20b) de ladite deuxième conduite (20), une vanne de régulation (30) dont l'entrée est raccordée à la sortie dudit sousensemble et dont la sortie est raccordée à l'extrémité inférieure de la dite deuxième conduite, un capteur de pression (36) disposé dans ladite première conduite (12) à proximité de son extrémité inférieure, et des moyens de commande (32) de ladite vanne de régulation pour maintenir la pression mesurée par ledit capteur dans la première conduite à une valeur inférieure à la pression ambiante, par quoi la pression du liquide de refroidissement dans ledit élément d'échange thermique est maintenue à une valeur sensiblement inférieure à celle de la pression ambiante.

2. Installation de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite vanne de régulation (30) est du type à trois voies et comporte une sortie auxiliaire de régulation (30c), ladite sortie de régulation étant raccordée à la deuxième extrémité de ladite deuxième conduite en amont de l'entrée dudit sous-ensemble par l'intermédiaire d'une troisième conduite

3. Installation de refroidissement selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens formant clapet anti-retour (40) montés dans ladite deuxième conduite à proximité de sa deuxième extrémité en amont du point de raccordement de ladite troisième conduite (34).

4. Installation de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit ensemble d'alimentation comprend en outre entre la sortie dudit sous-ensemble et l'entrée de ladite vanne de régulation des moyens séparateur de gaz (28) pour permettre l'évacuation du gaz éventuellement contenu dans le liquide de refroidissement.

5. Installation de refroidissement selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit séparateur d'air comporte des plus des moyens formant absorbeur des dilatations thermiques du liquide de refroidissement.

6. Installation de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, dans ledit sous-ensemble, ladite pompe à auto-amorçage est montée en amont dudit échangeur thermique.

7. Installation de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'ensemble d'alimentation (14) comprend en outre un vase d'expansion monté en série avec lesdits moyens séparateurs de gaz (28).

8. Installation de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un clapet anti-retour (40) monté dans ladite deuxième conduite (20) à proximité de la deuxième extrémité (20b).