FR2776763A1 - Dispositif d'echanges thermiques a fluide biphasique actif et procede de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (50) d'échanges thermiques à fluide biphasique actif, comprenant au moins un canal de pompage capillaire (9) et au moins un canal de transport gazeux (6), ce dispositif autorisant un passage réversible de fluide, entre au moins un canal capillaire (9) et au moins un canal de transport gazeux (6), au cours de la transition liquide/gaz ou gaz/liquide, consécutive des variations de température subies par au moins une zone du dispositif (50). Il comprend au moins un feuillet (2, 3, 4) comportant sur l'une de ses deux faces principales, au moins deux rainures parallèles, communiquant longitudinalement l'une avec l'autre et au moins un feuillet (3, 4) apte à recouvrir les rainures pour former au moins un canal capillaire (9) et au moins un canal de transport gazeux (6).

Description

l La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'échanges

thermiques à fluide actif, et plus précisément, de ceux qui

contiennent un fluide biphasique et qui comportent des canaux capillaires.

On entend par " biphasique " le fait que le fluide contenu dans de tels dispositifs est présent, pour que ceux-ci soient opérationnels, sous la

forme des deux phases liquide et gaz.

On qualifie aussi ci-dessous par " capillaires ", des canaux qui ont une très petite section par rapport à leur longueur, et surtout qui sont aptes

à produire des phénomènes de pompage par capillarité sur des liquides.

On connaît déjà des dispositifs thermiques à fluide biphasique, comportant des canaux capillaires aptes à produire des phénomènes de capillarité sur la phase liquide, et des canaux de transport gazeux dans lesquels se trouve confinée la phase gazeuse du fluide, les canaux

capillaires communiquant avec les canaux de transport gazeux.

Ces dispositifs sont utilisés soit en boucle fermée, soit en boucle ouverte. En boucle fermée, le dispositif est utilisé comme caloduc et fonctionne de manière autonome. Dans cette application, le dispositif est exposé à une zone froide de condensation et une zone chaude de vaporisation. Le fluide se condense dans sa phase liquide, dans la zone froide et est vaporisé dans sa phase gazeuse dans la zone chaude. Les forces de capillarité agissent alors sur la phase liquide du fluide pour la déplacer de la zone de condensation vers la zone de vaporisation. La pression gazeuse étant plus grande dans la zone de vaporisation que dans la zone de condensation, on obtient un flux gazeux dans le sens opposé au déplacement de la phase liquide. Les forces de capillarité et de pression, agissent seules comme moteur de la circulation du fluide En boucle ouverte, le dispositif est utilisé comme évaporateur et une pompe ainsi qu'un condenseur sont intégrés dans le circuit. Pour que ce dispositif soit fonctionnel, le fluide doit arriver sous sa forme liquide dans le dispositif et en repartir sous sa forme gazeuse, pour être condensé dans un élément différent du circuit. En présence de forces de pesanteur, il suffit d'orienter convenablement le dispositif pour conserver le liquide, qui est plus dense que le gaz, dans la zone d'arrivée du liquide dans le dispositif, sans que celui-ci ne puisse repartir dans le circuit de gaz en aval du dispositif. Mais en absence de forces de pesanteur, le liquide peut se mettre sous forme de gouttelettes dispersées dans la phase gazeuse. Les canaux capillaires permettent alors de fixer ces gouttelettes et d'éviter qu'elles ne

repartent dans le circuit de gaz en aval du dispositif.

Pour ces applications, on utilise déjà des dispositifs d'un premier type, constitués de tiges cylindriques à section circulaire empilées perpendiculairement à leur direction longitudinale selon un réseau hexagonal. Empilées de cette manière, ces tiges définissent entre elles des cavités. Ces cavités s'étendent longitudinalement parallèlement aux tiges et présentent une section transverse grossièrement triangulaire. Ces cavités contiennent le fluide biphasique. Les parties des surfaces externes des tiges, situées dans le voisinage des sommets des triangles, c'est à dire à proximité des zones de contact entre deux tiges, constituent des canaux aptes à exercer des forces de capillarité sur la phase liquide du fluide. La zone centrale des cavités forme un canal de transport gazeux. Pour que ce type de dispositif puisse fonctionner correctement, il est indispensable qu'il n'y ait pas d'interruption des canaux capillaires sur leur longueur. Ceci nécessite un empilement précis et rigide des tiges cylindriques. Ces tiges sont donc logées et calées dans des gorges réalisées dans une barrette rectiligne et rigide. Un dispositif de ce type est relativement onéreux à réaliser et présente des inconvénients pour certaines applications. Un de ces inconvénients est par exemple sa rigidité qui est difficilement compatible avec le travail des pièces sur lesquelles il est fixé, lorsque celles-ci sont soumises à des contraintes. D'autre part, les performances d'un tel dispositif utilisé comme caloduc dépendent de sa capacité à transporter des calories par l'intermédiaire du fluide. Or le déplacement du fluide dans un caloduc est assuré par les forces de capillarité exercées sur la phase liquide du fluide, contenue dans les canaux capillaires. Mais dans les dispositifs de ce type, un volume important est occupé par les tiges cylindriques elles mêmes. En conséquence, le nombre de canaux capillaires pour un volume donné, est relativement réduit, ce qui limite les performances de tels dispositifs. Cette faible compacité ne permet pas non plus une intégration optimale avec les circuits électroniques qui en sont équipés. Le document FR 2 735 565, par exemple, présente un autre type de dispositifs. Un dispositif de cet autre type est constitué de tubes en aluminium, intérieurement striés pour former des canaux capillaires ouverts sur une âme centrale creuse, servant de canal de transport gazeux. Là encore, la géométrie cylindrique de ces tubes ne favorise pas une

compacité et des performances, optimales.

Il a aussi été proposé, par exemple dans le document US 5 697 428, un dispositif dans lequel un sillon continu est gravé dans une plaque métallique. Ce sillon présente des portions rectilignes parallèles les unes aux autres, reliées par des portions courbes, le tout ayant une forme de serpentin. Une seconde plaque métallique est disposée sur la première plaque de manière à fermer le sillon et former un tube. Dans une telle structure, les zones o le fluide est dans sa phase liquide et celles o le fluide est dans sa phase gazeuse, se succèdent le long du trajet du fluide dans le tube. La dimension interne du tube est la même dans toutes les zones o se déplace le fluide. Ce dispositif ne permet donc pas d'optimiser indépendamment la circulation de chaque phase du fluide. Le pompage par capillarité, en particulier, n'est pas réalisé et le qualificatif " capillaire " tient essentiellement ici à la géométrie du tube qui a une section transverse très petite par rapport à sa longueur, ce qui permet au gaz de rester en bulles

dans le liquide et de le pousser.

Le but de l'invention est de fournir un dispositif thermique à fluide biphasique actif, plat, souple, présentant une compacité et des performances élevées, qui inclut dans son épaisseur au moins un canal de section suffisamment grande pour qu'un gaz passe facilement sans qu'un liquide ne puisse l'obstruer, et au moins un canal suffisamment petit pour qu'un liquide puisse s'y propager par capillarité. Le but de l'invention est aussi de fournir un dispositif présentant de faibles risques d'arrêt de

fonctionnement par assèchement local des canaux capillaires.

Le but de l'invention est encore de fournir un procédé pour fabriquer

de tels dispositifs.

Ce but est atteint grâce à un dispositif thermique à fluide biphasique actif, comprenant au moins un canal capillaire et au moins un canal de transport gazeux, chaque canal capillaire ayant une section adaptée pour que la phase liquide du fluide puisse y être pompée par des forces capillaires, chaque canal de transport gazeux ayant une section supérieure à celle d'un canal capillaire, ce dispositif autorisant un passage réversible de fluide, entre au moins un canal capillaire et au moins un canal de transport gazeux, au cours de la transition liquide/gaz ou gaz/liquide, consécutive des variations de température subies par au moins une zone du dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un feuillet comportant sur l'une de ses deux faces principales, au moins deux rainures parallèles, communiquant longitudinalement l'une avec l'autre et au moins un feuillet apte à recouvrir les rainures pour former au moins un canal

capillaire et au moins un canal de transport gazeux.

Ainsi, un dispositif conforme à l'invention, a une structure en feuillets qui lui permet d'être plat. Cette forme permet d'avoir de grandes surfaces

de contact entre le dispositif et les structures qui sont équipées du dispositif.

Ainsi les échanges thermiques entre le dispositif et ces structures s'en trouvent facilités. De plus, dans le dispositif selon l'invention, les rainures sont directement réalisées sur les feuillets. Une structure rigide n'est donc pas nécessaire, contrairement aux dispositifs à empilement de tiges cylindriques, de l'art antérieur. L'épaisseur et la nature du matériau des feuillets peuvent donc être choisies pour conférer de la souplesse au dispositif. Le fait de pouvoir choisir des feuillets minces permet aussi de gagner en compacité et d'optimiser le rapport capacité de transport de la chaleur sur encombrement du dispositif, pour obtenir des performances élevées. D'autre part, un dispositif selon l'invention peut comporter plusieurs canaux capillaires communiquant longitudinalement avec un canal de transport gazeux. Ainsi, si un échauffement local assèche l'un des canaux capillaires, un autre de ces canaux peut continuer d'assurer la circulation de la phase liquide. De plus, la communication entre canaux capillaires et canaux gazeux, sur toute leur longueur, permet de ne pas limiter les zones d'échange entre ces deux types de canaux et d'avoir un fonctionnement correct en boucle fermée, quelles que soient les dimensions respectives

des zones de vaporisation et de condensation.

Avantageusement, chaque canal capillaire du dispositif selon l'invention a une dimension inférieure à approximativement 100 pm, perpendiculairement à la surface principale du feuillet, sur laquelle affleure la rainure qui le constitue. Mais plus préférentiellement, cette dimension est

comprise approximativement entre 50 et 70 pm.

Avantageusement encore, le dispositif selon l'invention comprend un nombre de feuillets empilés les uns sur les autres, égal ou supérieur à deux, chacun ayant au moins une rainure apte à former un canal de transport gazeux communiquant sur toute sa longueur avec une rainure homologue

d'un autre feuillet.

Avantageusement aussi, le dispositif selon l'invention comprend au moins un circuit de canaux fonctionnant en boucle fermée et assurant, sans moteur, la circulation du fluide contenu dans le circuit, entre une zone d'évaporation et une zone de condensation, les forces capillaires exercées sur la phase liquide du fluide contenue dans les canaux capillaires jouant un rôle de pompe sur le fluide. Dans ce cas, le dispositif selon l'invention

constitue un caloduc. Un tel caloduc peut être composé de plusieurs sous-

ensembles de feuillets, chaque sous-ensemble comprenant un circuit de canaux isolé du circuit de chaque autre sous-ensemble, chaque circuit étant chargé d'un fluide dont les propriétés thermodynamiques permettent

un travail du fluide sur des domaines de température différents.

Mais dans un autre mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend au moins un circuit de canaux, ouvert sur un circuit comprenant une pompe et un condenseur, le dispositif selon l'invention jouant alors le rôle d'un évaporateur et les forces capillaires exercées sur la phase liquide du fluide permettant de fixer celle-ci dans les canaux capillaires, et de le

répartir par pompage capillaire, dans ces canaux.

Selon un autre aspect, I'invention est un procédé pour la réalisation

de dispositifs selon l'invention.

D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la

lecture de la description détaillée qui suit. L'invention sera aussi mieux

comprise à l'aide des références aux dessins sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement l'ensemble des étapes d'un exemple non limitatif de procédé mis en oeuvre pour réaliser un dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation de dessus d'un feuillet de base d'un dispositif selon l'invention; - la figure 3 est une vue en élévation de dessous d'un feuillet intermédiaire d'un dispositif selon l'invention; - la figure 4 est une vue en élévation de dessus d'un feuillet intermédiaire d'un dispositif selon l'invention; - la figure 5 est une vue en élévation de dessus d'un feuillet supérieur d'un dispositif selon l'invention;

- la figure 6 représente schématiquement en coupe, selon la ligne A-

A, un empilement des feuillets représentés aux figures 2, 3, 4 et 5; la figure 6a représente un tel empilement avec une échelle très dilatée dans la direction perpendiculaire au plan des feuillets; la figure 6b représente de manière plus détaillée la section d'un canal de transport gazeux et des canaux capillaires adjacents; - la figure 7 représente schématiquement une vue en perspective d'un exemple de dispositif selon l'invention, reposant sur un outillage de montage; - la figure 8 représente schématiquement, vue de dessus, une application d'un dispositif selon l'invention, au refroidissement de composants sur circuits électroniques; - la figure 9 représente schématiquement, en coupe longitudinale, un dispositif selon l'invention, pris en sandwich entre deux circuits imprimés; et - la figure 10 représente schématiquement un exemple d'utilisation

d'un dispositif selon l'invention, pour le refroidissement d'un détecteur.

Préférentiellement, mais de manière non limitative, un dispositif selon

l'invention peut être réalisé selon le procédé illustré par la figure 1.

Ce procédé comprend une étape de gravure a de rainures dans des feuillets vierges 1, une étape de dépôt b localisé d'un matériau d'assemblage, une étape d'empilement c des feuillets préalablement préparés selon les étapes a et b, et une étape de montage d pour souder ensemble les feuillets empilés selon l'étape c et former par exemple un caloduc 50. Un feuillet vierge 1 est constitué d'une plaque d'une épaisseur préférentiellement comprise entre 0,1 et 1 mm. Le matériau constitutif de ces feuillets est par exemple un métal. Ce peut être du cuivre, du nickel, du

fer, de l'aluminium ou encore un de leurs alliages, tel que l'aluminium-

béryllium ou l'acier inoxydable. La nature du métal des feuillets dépend du

fluide actif utilisé.

Il faut plusieurs types de feuillets pour former un caloduc 50 selon l'invention. A partir d'un feuillet vierge 1, on peut fabriquer des feuillets de

base 2, des feuillets intermédiaires 3 et des feuillets supérieurs 4.

L'étape de gravure a est préférentiellement une gravure chimique

avec masque d'épargne. Le masque définit les zones des rainures à graver.

Ces rainures sont différemment gravées sur les feuillets de base 2, les feuillets intermédiaires 3 et les feuillets supérieurs 4. Cette étape de découpe a peut être réalisée en plusieurs opérations successives permettant de graver sélectivement, d'une part des zones gravées sur toute l'épaisseur 5 d'un feuillet, et d'autre part des zones gravées sur une plus

faible épaisseur.

Ainsi, les zones gravées sur toute l'épaisseur 5 des feuillets sont destinées à fournir des canaux de transport gazeux 6. Les zones gravées sur une plus faible épaisseur forment une marche entre un premier niveau

7, situé à la surface supérieure de chaque feuillet, et un deuxième niveau 8.

Cette marche est destinée à la formation de canaux capillaires 9. Les bains d'attaque chimique utilisés pour la gravure, adaptés à la nature du matériau

des feuillets, sont classiques et connus de l'homme du métier.

Préférentiellement, les zones gravées entre les premier 7 et deuxième 8 niveaux, sont réalisées parallèlement aux zones gravées sur toute l'épaisseur 5 et sur toute la longueur de ces dernières. Ces zones gravées jusqu'au deuxième niveau 5 sont situées sur au moins un bord des zones gravées sur toute l'épaisseur 5, de manière à passer, transversalement par rapport à la direction longitudinale des canaux 6, 9, du premier niveau 7, au deuxième niveau 8, puis dans les zones gravées sur

toute l'épaisseur 5, sans remonter au premier niveau 7.

Eventuellement, des trous 10 et des échancrures 1 1 sont aussi gravées dans les feuillets, pour passer respectivement des pions 12 et des queusots 13 ou des bouchons 14 (ces éléments ne sont pas représentés sur la figure 1). Des trous 10 et des échancrures 1 1 sont représentés sur les

figures 2 à 5.

L'étape de dépôt b d'un matériau d'assemblage est réalisée selon des bandes adaptées pour obtenir un assemblage étanche des feuillets entre eux et une séparation longitudinale des canaux gazeux, tout en maintenant une communication des canaux gazeux entre eux, aux extrémités de ceux-ci. Lorsque les feuillets sont en métal, ce matériau d'assemblage est aussi préférentiellement un métal. Avantageusement, ce métal est déposé par galvanoplastie, avec une géométrie déterminée par un masque d'épargne. Le métal ainsi déposé est adapté au type de montage d envisagé. Ce dépôt de métal 15 peut être différent selon que l'étape de montage d ultérieure est réalisée, par exemple, par thermo- compression ou par brasage. Ce métal est aussi choisi en fonction de la nature du matériau des feuillets. Ainsi, pour une étape de montage d réalisée par brasage, le métal de dépôt doit avoir une température de fusion inférieure à celle du métal constitutif des feuillets. Avec des feuillets en cuivre, on peut utiliser l'or et l'argent pour un brasage par diffusion. Avec des feuillets en acier inoxydable, on peut utiliser le nickel et l'or pour un brasage par diffusion. La nature du métal déposé dépend aussi du fluide actif utilisé. Par exemple, lorsque du " Fréon " est utilisé comme fluide actif, le métal déposé peut être du cuivre ou de l'argent. L'épaisseur du métal déposé est typiquement comprise entre 5 et 10 pm. Le dépôt de métal 15 est réalisé, sur la face supérieure des feuillets, en bordure de l'ensemble constitué par une zone gravée sur toute l'épaisseur 5 et au moins un canal capillaire 9, de part et d'autre de cet ensemble (figures 2 et 4). Le dépôt de métal 15 est aussi réalisé sur le pourtour des feuillets (figures 2 et 4). Le métal est déposé en faible quantité afin qu'il ne vienne pas remplir, lors du montage, les zones destinées à former les canaux capillaires 9. Typiquement, I'épaisseur du

dépôt de métal 15 est de 5 à 10 pm.

L'étape d'empilement c des feuillets, préalablement préparés selon les étapes a et b, est par exemple réalisée en posant successivement verticalement trois feuillets intermédiaires 3 sur un feuillet de base 2 et un feuillet supérieur 4 sur le feuillet intermédiaire 3 du dessus. Les feuillets 2, 3, 4 sont empilés, suivant l'étape c, en présentant les zones gravées jusqu'au deuxième niveau 8, tournées vers le dessus. Les zones gravées sur toute l'épaisseur 5 sont placées en vis-à-vis les unes des autres et définissent les canaux de transport gazeux 6. Lorsque les zones gravées jusqu'au deuxième niveau 8 sont recouvertes par le feuillet qui lui est

immédiatement supérieur, elles constituent des canaux capillaires 9.

L'empilement de feuillets 2, 3, 4 définit un caloduc 50. Comme représenté à la figure 7, pour faire l'assemblage, on peut aussi faire reposer ce caloduc , sur un support 16 (outillage) et recouvrir le tout d'un feuillet 17

permettant d'isoler le caloduc 50, des poids nécessaires à l'assemblage.

Les pions 12 sont éventuellement disposés dans les trous 10, de manière à maintenir les feuillets rigoureusement alignés pendant l'étape ultérieure de montage d

L'étape de montage d est préférentiellement réalisée par brasage.

De cette manière, le métal de brasage forme une phase liquide qui vient mouiller les zones sur lesquelles il est déposé et les zones du feuillet adjacent, situées en regard de celles-ci. Il assure ainsi la liaison des feuillets pressés l'un sur l'autre pour en assurer le contact. Ce brasage peut être effectué sous vide (1 05 mbar) ou sous atmosphère gazeuse, mais préférentiellement sous atmosphère non oxydante. Une sous couche est éventuellement déposée entre le feuillet et le métal de brasage. Les feuillets sont ainsi joints entre eux, de manière étanche, tout autour de chaque feuillet et entre chaque ensemble constitué par un canal de transport

gazeux et au moins un canal capillaire.

Des queusots 13 et les bouchons 14 sont disposés dans les orifices

réalisés par superposition des échancrures 11.

Le fluide biphasique est introduit dans l'évaporateur, à l'aide des

queusots 13 avant que ceux-ci ne soient obturés.

Le fluide utilisé dépend de la gamme de température d'utilisation visée. Ce peut être H20, NH3, de l'acétone, du " Fréon ", du méthane, de I'éthane, etc. De nombreuses variantes du procédé décrit ci-dessus peuvent être envisagées. Ainsi, par exemple, il a été décrit ci-dessus un procédé dans lequel l'étape de montage c est réalisée par brasage. Elle peut aussi être effectuée par thermo-compression. Dans ce cas, elle est préférentiellement réalisée sous vide pour éviter la passivation de la surface, par la fixation de composés non métalliques (02, N2, H20, graisses volatiles, etc.). La température de thermo-compression est située environ 50 C en dessous de la température de fusion du métal déposé à l'étape b. La pression exercée

sur les zones à souder est d'environ 0,1 N/mm2.

Un exemple de structure de caloduc 50 est décrit ci-dessous de manière plus détailée. Celui-ci comprend un feuillet de base 2, trois feuillets

intermédiaires 3 et un feuillet supérieur 4.

Comme représenté sur la figure 2, le feuillet de base 2 a une forme allongée. Il a un encombrement hors tout de 215 mm de long, 69 mm de large et 0,25 mm d'épaisseur. Il comprend des zones gravées du premier niveau 7 jusqu'au deuxième niveau 8. La distance entre les premier 1 et deuxième 8 niveaux est de 70 plm. La largeur de ces zones est approximativement de 1 mm. Un dépôt de métal 15 est réalisé, sur le premier niveau 7, en périphérie du feuillet et selon des lignes équidistantes, parallèles et globalement longitudinales. Quatre trous 10 sont gravés dans toute l'épaisseur du feuillet de base 2, à l'extérieur de la ligne formée par le

dépôt de métal 15, en périphérie.

Comme représentés sur les figures 3 et 4, les feuillets intermédiaires 3 ont la même forme que le feuillet de base 2. Ils ont aussi un encombrement hors tout de 215 mm de long, 69 mm de large, mais une

épaisseur de 200!rm.

Comme représenté sur la figure 3, un feuillet intermédiaire comprend des zones gravées sur toute son épaisseur 5. Ces zones sont situées au niveau de ses extrémités longitudinales pour former des trous 10, au niveau des extrémités de ses bords longitudinaux pour former des échancrures 11 et au niveau de lignes équidistantes parallèles et globalement longitudinales. Ces dernières sont au nombre de sept et sont destinées à former des canaux de transport gazeux 6. Les trois lignes les plus centrales sont plus longues que les autres et sont prolongées plus profondément dans la zone située entre les deux échancrures 11 disposées sur les deux bords longitudinaux opposés du feuillet intermédiaire 3. Toutes ces lignes débouchent, à chacune de leurs extrémités, sur une zone qui leur est

transversale et gravée du premier niveau 7 jusqu'au deuxième niveau 8.

Ainsi, ces zones gravées du premier niveau 7 jusqu'au deuxième niveau 8 définissent des zones de capillarité, qui lorsqu'elles sont baignées par la phase liquide du fluide condensé à ce niveau, redistribuent le liquide dans

tous les canaux capillaires 9.

Comme représenté à la figure 4, un feuillet intermédiaire 3 comprend

aussi des zones gravées du premier niveau 7 jusqu'au deuxième niveau 8.

La distance entre les premier 7 et deuxième 8 niveaux est de 70 gim. Autour de chaque zone gravée sur toute l'épaisseur 5, définissant un canal de transport gazeux 6, des zones sont gravées jusqu'au deuxième niveau 8, tout en laissant en périphérie et entre chaque canal 6, des zones non gravées, au premier niveau 7. Les zones gravées jusqu'au deuxième niveau

8 communiquent entre elles et avec les échancrures 11.

Le dépôt de métal 15 est réalisé en périphérie du feuillet et selon des lignes globalement longitudinales, sur le premier niveau 7, selon la même

géométrie que le dépôt de métal 15 du feuillet de base 2.

Comme représenté à la figure 5, un feuillet supérieur 4 a une forme allongée, identique à celle du feuillet de base 2 et des feuillets intermédiaires 3. Ses longueur et largeur hors tout sont identiques à celles des feuillets de base 2 et intermédiaires 3. Son épaisseur est de 200 pm. Il

comprend deux trous 10 à chacune de ses extrémités longitudinales.

Un feuillet de base 2, trois feuillets intermédiaires 3 et un feuillet

supérieur 4 sont assemblés, par exemple suivant le procédé décrit ci-

dessus, pour former un caloduc 50 ayant une épaisseur de l'ordre du millimètre (Fig. 6a). Ce caloduc 50 comprend sept canaux de transport gazeux 6. Huit canaux capillaires 9 débouchent sur chaque canal de transport gazeux 6 (Fig. 6b), soit 56 canaux en tout. Chaque canal capillaire 9 a une section d'environ 70 pm par 1 mm. Les côtes de la structure empilées schématiquement représentée à la figure 6, ne sont pas à l'échelle. La figure 6a en particulier, a une échelle très dilatée dans la direction perpendiculaire au plan des feuillets, pour faire apparaître les canaux capillaires 9. Cependant, si l'on dispose de trois feuillets intermédiaires 3 de 0,2 mm d'épaisseur, dans lesquels sont réalisées des zones gravées sur toute l'épaisseur 5 de 1 mm de large et d'un feuillet de base 2 dans lequel sont gravés des sillons de 70 pm de profondeur et de 3 mm de large et qu'on les empile en mettant les zones gravées en coïncidence, on obtient sept canaux de transport gazeux ayant une section

de 1 mm de large sur 0,6 mm d'épaisseur.

Comme représenté à la figure 7, ce caloduc 50 est muni de queusots 13, ainsi que de bouchons 14 et est reporté sur un support 16 et recouvert d'un feuillet 17. Le support 16 est constitué d'une plaque de 220 mm de long, 76 mm de large et 10 mm d'épaisseur. Le feuillet 17 a une longueur et une largeur hors tout respectivement de 219 et 73 mm. Son épaisseur est

de 1 mm.

Le caloduc 50 est maintenu sur le support 16 avec le feuillet 17 grâce à des pions 12. Il est chargé de poids isolés du feuillet 17 par des cales en

alumine qui permettent d'éviter le soudage des poids sur le feuillet 17.

D'autres variantes du dispositif selon l'invention peuvent être envisagées. Un tel dispositif peut, par exemple, comprendre plus de feuillets intermédiaires 3. Par exemple, au total le nombre de feuillets empilés pour former un caloduc 50 peut être de 10 ou 20. De même, les canaux capillaires 9 destinés au transport de la phase liquide du fluide par capillarité et les canaux de transport gazeux 6 peuvent être réalisés de différentes manières. Par exemple, on a décrit ci-dessus un caloduc 50 avec un canal capillaire 9 situé de part et d'autre de chaque zone gravée sur toute l'épaisseur 5 des feuillets. Mais il peut n'être prévu un canal capillaire 9 que d'un seul côté de chaque zone gravée sur toute l'épaisseur

5. On peut aussi superposer plusieurs caloducs 50, les uns sur les autres.

Les dispositifs décrits ci-dessus comprennent des feuillets en métal, mais on ne s'éloignera pas de l'esprit de l'invention si les feuillets sont enmatériau plastique, composite, etc. Le matériau d'assemblage est alors choisi en conséquence. Ce peut être une colle polymère, par exemple. Il peut même être envisagé de réaliser des soudures entre les feuillets, par

fusion, sans matériau d'assemblage.

Il a été décrit ci-dessus des dispositifs selon l'invention dont les canaux capillaires 9 sont formés par gravure chimique de rainures dans un feuillet. Mais il peut aussi être envisagé de réaliser ces rainures par dépôt

d'un matériau en surépaisseur sur les feuillets.

Des dispositifs selon l'invention peuvent trouver de nombreuses applications en thermique spatiale, en avionique, en électronique, en informatique, etc. Les méthodes mises en oeuvre dans le procédé décrit ci-dessus, en particulier le dépôt par galvanoplastie et la gravure chimique permettent de réaliser toutes sortes de géométries avec des réseaux complexes de canaux, sans augmenter le nombre d'étapes de fabrication. Quel que soit le nombre de feuillets composant le dispositif selon l'invention, il peut n'être

mise en oeuvre qu'une seule étape de soudure.

De plus, un dispositif selon l'invention, aussi bien par sa forme que par le type de procédé qui permet de le réaliser, permet leur intégration

aisée à des circuits électroniques 20.

Comme illustré à la figure 9, des caloducs 50 disposés sur des circuits électroniques 20 permettent de refroidir des zones chaudes 21 sur lesquelles sont implantés des composants 22, générateurs de chaleur, en transportant la chaleur jusqu'à des zones de renvoi 23, même s'il faut

contourner des orifices ou d'autres composants 22.

Comme illustré à la figure 10, un circuit imprimé 20 en résine époxy peut être collé, à plat sur chaque face principale d'un caloduc 50, en le prenant en sandwich. Ainsi, les canaux 6, 9 du caloduc 50 transfèrent directement la chaleur, des zones du circuit imprimé 20 o se situent des composants 22 à refroidir, vers un rack 40 échangeur thermique ou un radiateur. Une pince thermique 41 assure la conduction de la chaleur entre le caloduc 50 et le rack 40 ou le radiateur. Le caloduc 50 joue donc ici le rôle de support pour le circuit imprimé 20 en plus de sa fonction de conducteur thermique. Avec une structure analogue à celle décrite de manière détaillée ci-dessus, dont l'épaisseur est inférieure à 3 mm, il est

possible d'évacuer de l'ordre de 10 W/cm2 sur au moins 5 cm2.

La faible épaisseur des dispositifs selon l'invention permet de les déformer pour certaines applications. Comme illustré à la figure 10, un caloduc 50 peut être conformé en soufflet, pour refroidir par exemple un détecteur mobile 30. Il suffit de placer ce soufflet de manière à avoir des pliures de ce soufflet perpendiculaires au plan dans lesquels s'effectuent à la fois le mouvement généré par un dispositif de déplacement vertical 31 et le mouvement généré par un dispositif de déplacement horizontal 32, le

caloduc 50 reliant le détecteur 30 à un élément de renvoi de la chaleur 33.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif thermique à fluide biphasique actif, comprenant au moins un canal capillaire (9) et au moins un canal de transport gazeux (6), chaque canal capillaire (9) ayant une section adaptée pour que la phase liquide du fluide puisse y être pompée par des forces capillaires, chaque canal de transport gazeux (6) ayant une section supérieure à celle d'un canal capillaire (9), ce dispositif autorisant un passage réversible de fluide, entre au moins un canal capillaire (9) et au moins un canal de transport gazeux (6), au cours de la transition liquide/gaz ou gaz/liquide, consécutive des variations de température subies par au moins une zone du dispositif (50), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un feuillet (2, 3, 4) comportant sur l'une de ses deux faces principales, au moins deux rainures parallèles, communiquant longitudinalement l'une avec l'autre et au moins un feuillet (3, 4) apte à recouvrir les rainures pour former au moins un canal

capillaire (9) et au moins un canal de transport gazeux (6).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque canal capillaire (9) a une dimension inférieure à approximativement 100 pm, perpendiculairement à la surface principale du feuillet (2, 3), sur laquelle

affleure la rainure qui le constitue.

3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé

en ce que chaque canal capillaire (9) a une dimension comprise approximativement entre 50 et 70 lm, perpendiculairement à la surface

principale du feuillet (2, 3), sur laquelle affleure la rainure qui le constitue.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé

en ce qu'il comprend un nombre de feuillets (2, 3, 4) empilés les uns sur les autres, égal ou supérieur à deux, chacun ayant au moins une rainure apte à former un canal de transport gazeux (6) communiquant sur toute sa

longueur avec une rainure homologue d'un autre feuillet (3).

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé

en ce que les feuillets (2, 3, 4) sont réalisés en cuivre, nickel, fer ou aluminium ou encore un de leurs alliages, tel que l'aluminium- béryllium ou

l'acier inoxydable.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé

en ce qu'il comprend au moins un circuit de canaux (6, 9) fonctionnant en boucle fermée et assurant, sans moteur, la circulation du fluide contenu dans le circuit, entre une zone d'évaporation et une zone de condensation, les forces capillaires exercées sur la phase liquide du fluide contenue dans

les canaux capillaires (9) jouant un rôle de pompe sur le fluide.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est

composé de plusieurs sous-ensembles de feuillets (2, 3, 4), chaque sous-

ensemble comprenant un circuit de canaux (6, 9) isolé du circuit de chaque autre sous-ensemble, chaque circuit étant chargé d'un fluide dont les propriétés thermodynamiques permettent un travail du fluide sur des

domaines de température différents.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce

qu'il comprend au moins un circuit de canaux (6, 9) ouvert sur un circuit comprenant une pompe et un condenseur, le dispositif jouant le rôle d'un évaporateur et les forces capillaires exercées sur la phase liquide du fluide permettant de fixer celle-ci dans les canaux capillaires (9) et de le répartir

par pompage capillaire.

9. Procédé pour la réalisation de dispositifs selon l'une des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de

gravure chimique des rainures dans un feuillet (2, 3).

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'assemblage par brasage sous atmosphère non oxydante.

11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce

qu'il comprend une étape de dépôt d'un matériau d'assemblage selon des bandes adaptées pour obtenir un assemblage étanche des feuillets (2, 3, 4) entre eux et une séparation longitudinale des canaux gazeux (6), tout en maintenant une communication des canaux gazeux (6) entre eux, aux

extrémités de ceux-ci.

12. Procédé selon la revendication.11, caractérisé en ce que le matériau d'assemblage est un métal dont le point de fusion est inférieur à

celui du métal des feuillets (2, 3, 4).

13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que le matériau d'assemblage est déposé par galvanoplastie, avec une

géométrie déterminée par un masque d'épargne.