FR2819978A1 - Dispositif electrique a dissipateur de chaleur - Google Patents

Abstract

Le dispositif électrique(10) à dissipateur de chaleur comporte un module électrique(12) à fonctionnement exothermique, et un radiateur (14) de dissipationthermique, le radiateur (14) comportant une embase (16) accouplée thermiquement audit module électrique (12) et une pluralitéd'ailettes d'échange thermique (18) solidaires de ladite embase(16), lesquelles ailettes (18) sont disposées généralementtransversalement à au moins une direction (X-X, Z-Z) d'écoulementd'un fluide de refroidissement définie le long de ladite embase (16). Lesdites ailettes d'échange thermique comportent des tubes (18) présentantune paroi latérale délimitant un espace intérieur libre.Application à un disjoncteur statique commandable à distance.

Description

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La présente invention concerne un dispositif électrique à dissipateur de chaleur, du type comportant un module électrique à fonctionnement exother- mique, et un radiateur de dissipation thermique, le radiateur comportant une embase accouplée thermiquement audit module électrique et une pluralité d'ailettes d'échange thermique solidaires de ladite embase, lesquelles ailettes sont disposées généralement transversalement à au moins une direction d'écoulement d'un fluide de refroidissement définie le long de ladite embase.

Dans les installations de gestion de puissance électrique, notamment d'un avion, de nombreux dispositifs électriques, tels que les disjoncteurs statiques commandables à distance, intègrent des radiateurs accouplés thermiquement au module électrique afin d'évacuer la chaleur produite lors de son fonctionnement.

Cette chaleur est évacuée par dissipation de la chaleur du radiateur dans un flux d'air frais. Ce flux d'air frais circule, soit du fait d'une circulation forcée au travers du radiateur, soit par convection naturelle au travers du radiateur.

Les disjoncteurs statiques commandables à distance mis en oeuvre dans les avions comportent un module électrique assurant la fonction de disjonction. Sur l'une des faces de ce module électrique est accolé le radiateur.

Celui-ci comporte une embase essentiellement plane contre laquelle est plaqué le module électrique. Des aiguilles constituées de tiges pleines de faible section forment les ailettes d'échange thermique. Ces aiguilles sont liées sur l'embase plane à l'une de leurs extrémités. Elles s'étendent sensiblement parallèlement les unes aux autres et sont disposées sensiblement perpendiculairement au plan de l'embase.

La circulation d'air frais entre les aiguilles, le long de l'embase, permet d'assurer l'évacuation de la chaleur produite par le module électrique.

Pour permettre un bon échange thermique, l'échangeur est réalisé en métal. Ainsi, celui-ci est relativement lourd.

L'invention a pour but de proposer un dispositif électrique à dissipateur de chaleur permettant une évacuation satisfaisante de la chaleur et ayant une masse réduite.

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A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif électronique à dissipateur de chaleur du type précité, caractérisé en ce que lesdites ailettes d'échange thermique comportent des tubes présentant une paroi latérale délimitant un espace intérieur libre.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif électrique comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - chaque tube est relié à ladite embase depuis une extrémité de liaison et présente une extrémité libre ; - lesdits tubes sont ouverts à leur extrémité libre ; - chaque tube est obturé à son extrémité de liaison par ladite embase ; - lesdits tubes sont disposés en quinconce ; - le diamètre maximal extérieur des tubes est supérieur à 5 mm ; - l'épaisseur de la paroi latérale de chaque tube est supérieure à 0, 5 mm ; - chaque tube a une longueur comprise entre 5 et 10 cm ; - lesdits tubes sont tous espacés les uns des autres d'un intervalle non nul de circulation du fluide de refroidissement ; et - le dispositif est un disjoncteur statique commandable à distance.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective du dispositif électrique à dissipateur de chaleur selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue schématique partielle et en élévation du radia- teur du dispositif de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en perspective du radiateur selon l'invention, vu lors d'une phase de fabrication.

Le dispositif électrique à dissipateur de chaleur 10 représenté sur la figure 1 est par exemple un disjoncteur statique commandable à distance destiné à être implanté dans un avion. Il comporte essentiellement un module électrique 12 à fonctionnement exothermique accolé à un radiateur 14 de dissipation thermique.

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Le module électrique 12 comporte, comme connu en soi, tous les composants nécessaires pour constituer un disjoncteur statique. En particulier, ce module électrique comporte des transistors de puissance, dont l'une des faces est appliquée thermiquement au radiateur 14 de dissipation thermique. A cet effet, une face de chaque transistor est plaquée contre le radiateur 14.

Le module électrique 12 est, dans l'exemple représenté, sensiblement parallélépipédique. Le radiateur 14 est rapporté le long d'une face plane principale du module 12.

Le radiateur 14 est réalisé par exemple en aluminium. Il comporte une embase 16 constituée d'une plaque métallique pleine.

En outre, le radiateur 14 comporte une pluralité de tronçons tubulaires disjoints désignés par tubes dans la suite de la description. Ces tubes 18 s'étendent parallèlement les uns aux autres et constituent des ailettes d'échange thermique. Ils sont disposés généralement perpendiculairement à l'embase 16. Ces tubes sont solidarisés à celle-ci par soudage depuis une extrémité de liaison 18A. L'autre extrémité de chacun des tubes 18, notée 18B, constitue une extrémité libre. Ainsi, chaque tube est maintenu en porte- à-faux depuis son extrémité de liaison 18A.

Dans le mode de réalisation représenté, tous les tubes 18 sont identiques.

Comme illustré sur la figure 2, chaque tube comporte une paroi latérale généralement cylindrique 20 délimitant un espace intérieur libre 22.

Les tubes 18 sont généralement cylindriques de section circulaire. Leur axe s'étend perpendiculairement à la surface de l'embase 16.

La longueur de chaque tube est comprise entre 5 cm et 10 cm et est par exemple égale à 8 cm.

Le diamètre extérieur de chaque tube est supérieur à 5 mm et est par exemple égal à 1 cm.

De plus, l'épaisseur de la paroi latérale 20 de chaque tube est de préférence supérieure à 0,5 mm. Elle est par exemple égale à 0,8 mm.

Les dimensions sont optimisées selon les cas à traiter.

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Les tubes 18 sont avantageusement disposés en quinconce suivant des rangées et des colonnes s'étendant généralement perpendiculairement les unes aux autres.

Entre les rangées et colonnes de tubes ainsi disposés en quinconce sont définies deux directions de circulation d'air s'étendant parallèlement à l'embase 16. L'embase 16 est disposée verticalement, de sorte que les tubes s'étendent horizontalement. Les deux directions d'écoulement sont perpendiculaires l'une à l'autre.

Suivant une première direction, notée X-X sur les figures, est défini un passage de circulation d'un flux forcé d'air frais. Ce flux d'air est entraîné par exemple par une soufflante non représentée.

Suivant une direction notée Z-Z sur les figures, le radiateur 14 définit un passage de circulation d'un flux naturel d'air frais s'étendant également parallèlement à l'embase 16. Cette circulation d'air s'effectue de bas en haut et ré- sulte de la convection naturelle de l'air s'échauffant entre les tubes 18 lorsque la soufflante assurant le flux d'air forcé suivant la direction X-X n'est pas en fonctionnement ou est hors service.

Les rangées de tubes disposées suivant la direction X-X sont écartées l'une de l'autre d'un intervalle non nul entre les enveloppes des différentes rangées. Ainsi, et comme illustré par les flèches Fx, le flux forcé d'air frais peut circuler entre les tubes sans subir de perturbation trop importante.

En revanche, les colonnes de tubes disposées suivant la direction Z-Z sont moins écartées l'une de l'autre que les rangées de tubes. En particulier, et avantageusement, les différentes rangées sont agencées de telle sorte que leurs enveloppes se chevauchent pratiquement. Ainsi, l'air échauffé circulant par convection naturelle entre les tubes est amené à suivre un chemin sinueux entre les tubes, améliorant ainsi l'échange thermique. Le cheminement sinueux de l'air entre les tubes est illustré par les flèches Fz.

Dans un avion, deux disjoncteurs statiques tels qu'illustrés sur la figure 1 sont disposés en vis-à-vis, avec leurs radiateurs disposés en regard l'un de l'autre. Ainsi, une lame d'air est définie entre les embases 16 des deux disjoncteurs s'étendant parallèlement. L'air circulant suivant la direction X-X ou Z-Z se trouve guidé entre les deux embases 16.

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On comprend que la circulation d'air frais suivant l'une ou l'autre des directions, parallèlement à l'embase 16, assure un échange thermique entre la surface extérieure de chaque tube 18 constituant une surface d'échange et le flux d'air frais circulant.

Les tubes 18 étant évidés, le poids total du radiateur est réduit, réduisant ainsi la masse totale du dispositif électrique.

On constate que, même avec des tubes évidés, la convection thermique naturelle au sein du radiateur 14 s'effectue de manière satisfaisante depuis l'embase 16 suivant la longueur de chacun des tubes.

L'utilisation de tubes évidés permet de procurer une grande surface d'échange formée par la surface externe du tube pour une masse réduite de chaque tube.

Pour la fabrication d'un tel radiateur, tous les tubes. 18 sont avantageusement soudés simultanément à leurs extrémités de liaison 18A sur la plaque constituant l'embase 16.

A cet effet, et comme illustré sur la figure 3, la plaque constituant l'embase 16 est avantageusement disposée horizontalement. Chacun des tubes est disposé verticalement en appui sur la plaque 16 depuis son extrémité de liaison 18A. Afin de maintenir les tubes non encore soudés en position verticale, un support temporaire 30 constitué d'une grille est maintenu au-dessus de l'embase 16 à une distance suffisante pour maintenir les tubes en position verticale.

Pour assurer un soudage par brasage de chacun des tubes sur la plaque constituant l'embase 16, de la brasure est disposée initialement sur l'embase 16 dans chacune des zones d'appui des extrémités 18A des tubes.

Après mise en place de chacun des tubes, l'embase 16 et les tubes ainsi disposés sont chauffés afin de provoquer la fusion de la brasure. Après refroidissement, le support temporaire 30 est retiré, les tubes étant soudés à l'embase 16.

En variante, un soudage par décharge capacitive ou par effet résistif est mis en oeuvre simultanément entre chacun des tubes 18 et l'embase 16.

A cet effet, et en utilisant un support temporaire 30 non conducteur, la plaque 16 est reliée à une borne d'un appareil de soudage adapté et une se-

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conde plaque est rapportée en contact avec l'extrémité libre 18B de chacun des tubes. Cette seconde plaque est reliée à l'autre borne du dispositif de soudage.

Pour assurer le soudage, une décharge électrique, dans le cas d'un soudage par décharge capacitif, ou une forte intensité, dans le cas d'un soudage par effet résistif, est établie entre les deux plaques, produisant un échauffement de la matière dans la région de l'extrémité 18A de chacun des tubes. Un soudage sans apport de matière est ainsi réalisé aux extrémités 18A.

On conçoit ainsi qu'un tel radiateur de dissipation thermique peut être réalisé pour un faible coût.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS 1.-Dispositif électrique (10) à dissipateur de chaleur comportant un module électrique (12) à fonctionnement exothermique, et un radiateur (14) de dissipation thermique, le radiateur (14) comportant une embase (16) accouplée thermiquement audit module électrique (12) et une pluralité d'ailettes d'échange thermique (18) solidaires de ladite embase (16), lesquelles ailettes (18) sont disposées généralement transversalement à au moins une direction (X-X, Z-Z) d'écoulement d'un fluide de refroidissement définie le long de ladite embase (16), caractérisé en ce que lesdites ailettes d'échange thermique comportent des tubes (18) présentant une paroi latérale (20) délimitant un espace intérieur libre (22).
2. 2.-Dispositif électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tube (18) est relié à ladite embase (16) depuis une extrémité de liaison (18A) et présente une extrémité libre (18B).
3. 3.-Dispositif électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits tubes sont ouverts à leur extrémité libre (18B).
4. 4.-Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque tube (18) est obturé à son extrémité de liaison (18A) par ladite embase (16).
5. 5.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits tubes (18) sont disposés en quinconce.

   
6. 6.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre maximal extérieur des tubes est supérieur à 5 mm.
7. 7.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi latérale (20) de chaque tube (18) est supérieure à 0,5 mm.
8. 8.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube a une longueur comprise entre 5 et 10 cm.
9. 9.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits tubes (18) sont tous espacés les uns des autres d'un intervalle non nul de circulation du fluide de refroidissement.

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10. 10.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un disjoncteur statique commandable à distance.