FR2991031A1

FR2991031A1 - IMPROVED LOOP TRANSPORTATION DEVICE IN CLOSED LOOP

Info

Publication number: FR2991031A1
Application number: FR1254634A
Authority: FR
Inventors: Jocelyn Bonjour; Frederic Lefevre; Valerie Sartre; Benjamin Siedel
Original assignee: INST NAT SCIENCES APPLIQ; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL; Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Current assignee: INST NAT SCIENCES APPLIQ; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL; Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-11-29
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: EP2852798A1; FR2991031B1; WO2013174856A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de dissipation thermique à effet caloduc en boucle fermée comprenant une boucle diphasique constituée : - d'un évaporateur (1) pour vaporiser un fluide caloporteur, - d'un condenseur (2) pour liquéfier le fluide caloporteur, - d'une conduite d'amenée de vapeur (31) entre l'évaporateur et le condenseur, ladite conduite d'amenée de vapeur étant disposée en aval de l'évaporateur et en amont du condenseur pour permettre le passage du fluide caloporteur vapeur depuis l'évaporateur jusqu'au condenseur, - d'une conduite d'amenée de liquide (32) entre le condenseur et l'évaporateur, ladite conduite d'amenée de liquide étant disposée en aval du condenseur et en amont de l'évaporateur pour permettre le passage du fluide caloporteur liquide depuis le condenseur jusqu'à l'évaporateur, remarquable en ce que le dispositif comprend en outre un réservoir (4) connecté entre la conduite d'amenée de vapeur et la conduite d'amenée de liquide, ledit réservoir comprenant un matériau adsorbant pour l'adsorption/la désorption du fluide caloporteur.The invention relates to a closed-loop heat sink device comprising a two-phase loop consisting of: - an evaporator (1) for vaporizing a coolant, - a condenser (2) for liquefying the coolant, - a vapor supply duct (31) between the evaporator and the condenser, said vapor supply duct being arranged downstream of the evaporator and upstream of the condenser to allow the passage of the steam heat transfer fluid from the evaporator to the condenser, - a liquid supply line (32) between the condenser and the evaporator, said liquid supply pipe being disposed downstream of the condenser and upstream of the evaporator to allow the passage of the liquid heat transfer fluid from the condenser to the evaporator, remarkable in that the device further comprises a reservoir (4) connected between the steam supply pipe and the liquid supply pipe, ledi t tank comprising an adsorbent material for the adsorption / desorption of heat transfer fluid.

Description

DISPOSITIF AMELIORE DE TRANSPORT DE CHALEUR EN BOUCLE FERMEE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine technique général des échangeurs de chaleur à effet caloduc, notamment en vue de l'évacuation de la chaleur d'un élément devant être refroidi, tel qu'un composant électronique. 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. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the general technical field of heat-pipe heat exchangers, in particular with a view to removing heat from an element to be cooled, such as an electronic component. PRESENTATION OF THE PRIOR ART The components of the electronic boards dissipate a large amount of heat, causing a significant increase in their temperature and the associated electronic circuits.

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 la chaleur dissipée par les composants électroniques. Pour évacuer la chaleur, on peut utiliser des caloducs. Un caloduc est un système fermé qui permet, en profitant des changements de phase d'un fluide caloporteur, de prélever de la chaleur à un endroit et de la redistribuer à un autre. Un caloduc en boucle fermée comporte généralement un évaporateur 1, un condenseur 2, une conduite d'amenée de vapeur 31 entre l'évaporateur 1 et le condenseur 2, et une conduite d'amenée de liquide 32 entre le condenseur 2 et l'évaporateur 1 (cf. figure 1). Au niveau de l'évaporateur 1, le fluide caloporteur à l'état liquide est chauffé et se vaporise. La vapeur ainsi obtenue se déplace entre l'évaporateur 1 et le condenseur 2 à travers la conduite d'amenée de vapeur 31. Au niveau du condenseur 2, la vapeur est refroidie et se liquéfie pour retrouver sa forme liquide. Le fluide caloporteur liquide est alors ramené vers l'évaporateur 1 à travers la conduite d'amenée de liquide 32. However, an excessive increase in the temperature of these electronic components can lead to a decrease in their reliability and / or reduce their service life. This is why it is necessary to evacuate the heat dissipated by the electronic components. To evacuate the heat, it is possible to use heat pipes. A heat pipe is a closed system that allows, taking advantage of the phase changes of a coolant, to collect heat in one place and redistribute it to another. A closed-loop heat pipe generally comprises an evaporator 1, a condenser 2, a steam supply pipe 31 between the evaporator 1 and the condenser 2, and a liquid supply pipe 32 between the condenser 2 and the evaporator 1 (see Figure 1). At the evaporator 1, the heat transfer fluid in the liquid state is heated and vaporizes. The vapor thus obtained moves between the evaporator 1 and the condenser 2 through the steam supply pipe 31. At the condenser 2, the steam is cooled and liquefies to its liquid form. The liquid coolant is then returned to the evaporator 1 through the liquid supply line 32.

Lorsqu'un tel caloduc n'est pas en fonctionnement, il y a un risque que la vapeur contenue dans la conduite d'amenée de vapeur se liquéfie (ou se solidifie), engendrant alors un bouchon liquide (ou solide) entre l'évaporateur 1 et le condenseur 2. Dans ce cas, la durée d'amorçage du caloduc augmente, la pression dans le caloduc devant atteindre une certaine valeur pour permettre le déplacement du bouchon situé dans la conduite d'amenée de vapeur 31 en direction du condenseur. When such a heat pipe is not in operation, there is a risk that the vapor contained in the steam supply pipe will liquefy (or solidify), thus generating a liquid (or solid) plug between the evaporator 1 and the condenser 2. In this case, the ignition time of the heat pipe increases, the pressure in the heat pipe to reach a certain value to allow the displacement of the plug located in the steam supply pipe 31 towards the condenser.

On entend, par « durée d'amorçage », l'intervalle de temps entre l'instant où la chaleur dissipée par l'élément à refroidir est appliquée à l'évaporateur et l'instant où le fluide caloporteur atteint un régime d'écoulement permanent. By "priming duration" is meant the time interval between the moment when the heat dissipated by the element to be cooled is applied to the evaporator and the moment when the coolant reaches a flow regime permanent.

Ceci peut engendrer une détérioration de l'élément à refroidir, celui-ci n'étant pas suffisamment refroidi durant toute la durée d'amorçage du caloduc. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de dissipation thermique à effet caloduc permettant de pallier l'inconvénient précité. This can cause deterioration of the element to be cooled, it is not sufficiently cooled throughout the duration of priming of the heat pipe. An object of the present invention is to provide a thermal dissipation device heat pipe to overcome the aforementioned drawback.

RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention propose un dispositif de dissipation thermique à effet caloduc en boucle fermée comprenant une boucle diphasique constituée : - d'un évaporateur pour vaporiser un fluide caloporteur, - d'un condenseur pour liquéfier le fluide caloporteur, - d'une conduite d'amenée de vapeur entre l'évaporateur et le condenseur, ladite conduite d'amenée de vapeur étant disposée en aval de l'évaporateur et en amont du condenseur pour permettre le passage du fluide caloporteur sous forme vapeur depuis l'évaporateur jusqu'au condenseur, - d'une conduite d'amenée de liquide entre le condenseur et l'évaporateur, ladite conduite d'amenée de liquide étant disposée en aval du condenseur et en amont de l'évaporateur pour permettre le passage du fluide caloporteur liquide depuis le condenseur jusqu'à l'évaporateur, remarquable en ce que le dispositif comprend en outre un réservoir connecté entre la conduite d'amenée de vapeur et la conduite d'amenée de liquide, ledit réservoir comprenant un matériau adsorbant pour l'adsorption/la désorption du fluide caloporteur. SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the invention proposes a closed-loop heat-sink heat dissipation device comprising a two-phase loop consisting of: an evaporator for vaporizing a heat-transfer fluid; a condenser for liquefying the fluid; coolant, - a steam supply pipe between the evaporator and the condenser, said steam supply pipe being disposed downstream of the evaporator and upstream of the condenser to allow the passage of the heat transfer fluid in vapor form from the evaporator to the condenser, - a liquid supply line between the condenser and the evaporator, said liquid supply pipe being disposed downstream of the condenser and upstream of the evaporator to allow the passage of the liquid heat transfer fluid from the condenser to the evaporator, remarkable in that the device further comprises a tank connected between the steam supply line and the duct conducted liquid, said reservoir comprising an adsorbent material for the adsorption / desorption of heat transfer fluid.

Des aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants : - le matériau adsorbant est choisi parmi le groupe consistant en les argiles, les zéolites, le charbon actif ou tout autre matériau conduisant à des interactions de type physisorption ou chimisorption avec le fluide caloporteur ; - le fluide caloporteur est de l'eau ; - le dispositif comprend en outre : o une conduite de dérivation de liquide pour le stockage du fluide caloporteur dans le réservoir, la conduite de dérivation de liquide étant connectée : ^ par l'une de ses extrémités à la conduite d'amenée de liquide et ^ par l'autre de ses extrémités au réservoir, o une conduite de dérivation de vapeur pour le déstockage du fluide caloporteur vapeur du réservoir, la conduite de dérivation de vapeur étant connectée : ^ par l'une de ses extrémités au réservoir, ^ par l'autre de ses extrémités à la conduite d'amenée de vapeur, o un système de contrôle du sens de circulation du fluide caloporteur dans les conduites de dérivation, le système étant agencé pour : ^ permettre la circulation du fluide depuis le condenseur vers le réservoir dans la conduite de dérivation de liquide, ^ permettre la circulation du fluide depuis le réservoir vers le condenseur dans la conduite de dérivation de vapeur ; - le système de contrôle du sens de circulation comprend au moins trois vannes : o une première vanne étant positionnée sur la conduite d'amenée de liquide, o une deuxième vanne étant positionnée sur la conduite de dérivation de liquide o une troisième vanne étant positionnée sur la conduite de dérivation de vapeur ; - le système de contrôle comprend en outre au moins un contrôleur programmé pour commander l'ouverture et la fermeture des vannes pour permettre : o le stockage du fluide caloporteur dans le réservoir lors d'une phase d'arrêt du dispositif, o le déstockage du fluide caloporteur du réservoir lors d'une phase de démarrage du dispositif ; - lequel le contrôleur commande : o l'ouverture des première et troisième vannes et la fermeture de la deuxième vanne lors de la phase de démarrage du dispositif, o la fermeture des première et troisième vannes et l'ouverture de la deuxième vanne lors de la phase d'arrêt du dispositif ; - le réservoir est en contact thermique avec l'évaporateur ; - le dispositif comprend en outre un capteur de température pour une mesure de la température dans le réservoir. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques du dispositif de dissipation 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 : - La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un dissipateur thermique à effet caloduc de l'art antérieur, - La figure 2 illustre un exemple de dissipateur thermique à effet caloduc selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE On va maintenant décrire plus en détail le dispositif selon l'invention en référence aux figures. En référence à la figure 2, on a illustré un mode de réalisation d'un dispositif de dissipation thermique à effet caloduc en boucle fermée. Preferred but non-limiting aspects of the device according to the invention are the following: the adsorbent material is chosen from the group consisting of clays, zeolites, activated carbon or any other material leading to physisorption or chemisorption interactions with the heat transfer fluid; the heat transfer fluid is water; the device further comprises: a liquid bypass line for storing the heat transfer fluid in the tank, the liquid bypass line being connected by one of its ends to the liquid supply line and by the other of its ends to the tank, o a steam bypass line for the destocking of the steam heat transfer fluid from the tank, the steam bypass line being connected: by one of its ends to the tank, by the other of its ends to the steam supply line, o a control system of the direction of circulation of the coolant in the bypass lines, the system being arranged to: allow the flow of fluid from the condenser to the reservoir in the liquid bypass line, allowing the flow of fluid from the reservoir to the condenser in the steam bypass line; the circulation direction control system comprises at least three valves: a first valve being positioned on the liquid supply line, a second valve being positioned on the liquid bypass line, a third valve being positioned on the steam bypass line; - The control system further comprises at least one controller programmed to control the opening and closing of the valves to allow: o the storage of the coolant in the tank during a stop phase of the device, o the destocking of the heat transfer fluid from the reservoir during a start-up phase of the device; the controller controls: the opening of the first and third valves and the closing of the second valve during the start-up phase of the device, the closing of the first and third valves and the opening of the second valve during the stopping phase of the device; the reservoir is in thermal contact with the evaporator; - The device further comprises a temperature sensor for a temperature measurement in the tank. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other advantages and characteristics of the heat dissipation device will become more apparent from the following description of several variant embodiments, given by way of non-limiting examples, from the appended drawings in which: FIG. 1 illustrates an embodiment of a heat sink heat sink of the prior art, - Figure 2 illustrates an example heat sink heat sink effect of the invention. DETAILED DESCRIPTION The device according to the invention will now be described in more detail with reference to the figures. Referring to Figure 2, there is illustrated an embodiment of a closed-loop heat sink heat dissipation device.

Le dispositif comprend un fluide caloporteur, un évaporateur 1, un condenseur 2, une conduite d'amenée de vapeur 31, une conduite d'amenée de liquide 32, un réservoir de vidange 4, deux conduites de dérivation 33, 34 et trois vannes 5, 6, 7. Il permet de refroidir un élément - tel qu'un composant électronique - en déplaçant la chaleur produite par celui-ci vers l'extérieur. Fluide caloporteur Le fluide caloporteur permet de transporter la chaleur produite par l'élément à refroidir (non représenté). La quantité de fluide caloporteur contenue dans l'ensemble (ou boucle fermée de dissipation thermique) composé de l'évaporateur 1, du condenseur 2, et des conduites d'amenée 31, 32 est telle que la phase liquide du fluide caloporteur est en équilibre avec sa phase vapeur de sorte que des variations thermiques modérées assurent le changement d'état liquide-vapeur du fluide caloporteur. Selon le niveau de température de fonctionnement, le fluide caloporteur 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 métal liquide, ou tout type de fluide caloporteur connu de l'homme du métier. Dans un mode de réalisation, le fluide caloporteur est de l'eau. L'utilisation d'eau 25 comme fluide caloporteur présente de nombreux avantages, et notamment : - un coût très peu élevé et - une toxicité nulle et - l'ininflammabilité et - d'excellentes performances thermiques. 30 L'eau présente cependant un inconvénient par rapport aux autres fluides caloporteurs : la masse volumique de l'eau solide est inférieure à celle de l'eau liquide. Cette propriété très rare, que l'eau ne partage qu'avec le bismuth, peut engendrer des dégâts dans le dispositif de dissipation thermique. The device comprises a heat transfer fluid, an evaporator 1, a condenser 2, a steam supply line 31, a liquid supply line 32, a drain tank 4, two bypass lines 33, 34 and three valves 5 , 6, 7. It allows to cool an element - such as an electronic component - by moving the heat produced by it to the outside. Heat transfer fluid The heat transfer fluid is used to transport the heat produced by the element to be cooled (not shown). The quantity of heat transfer fluid contained in the assembly (or closed heat dissipation loop) composed of the evaporator 1, the condenser 2, and the supply lines 31, 32 is such that the liquid phase of the coolant is in equilibrium with its vapor phase so that moderate thermal variations ensure the change of liquid-vapor state of the coolant. Depending on the operating temperature level, the coolant can be, for example, an oil, an alcohol (such as methanol, ethanol or glycol), an organic compound (such as acetone, ammonia), a liquid metal, or any type of coolant known to those skilled in the art. In one embodiment, the coolant is water. The use of water as heat transfer fluid has many advantages, and in particular: a very low cost and zero toxicity and non-flammability and excellent thermal performance. However, the water has a disadvantage compared to other heat transfer fluids: the density of the solid water is lower than that of the liquid water. This very rare property, that water shares only with bismuth, can cause damage in the heat dissipation device.

Toutefois, comme on le verra dans la suite, le réservoir de vidange permet de remédier à cet inconvénient. However, as will be seen in the following, the drain tank overcomes this disadvantage.

Evaporateur L'évaporateur 1 permet de vaporiser (i.e. passage de l'état liquide à l'état vapeur) le fluide caloporteur issu du condenseur 2. Evaporator The evaporator 1 makes it possible to vaporize (i.e. passage from the liquid state to the vapor state) the heat transfer fluid coming from the condenser 2.

L'évaporateur 1 est destiné à être en contact (ou à proximité) de l'élément à refroidir. L'évaporation d'un fluide à l'état liquide consomme de la chaleur. Ceci induit un refroidissement de l'élément à refroidir. L'évaporateur 1 peut être de tout type connu de l'homme du métier. The evaporator 1 is intended to be in contact (or near) the element to be cooled. Evaporation of a fluid in the liquid state consumes heat. This induces cooling of the element to be cooled. The evaporator 1 can be of any type known to those skilled in the art.

Un exemple d'évaporateur 1, de type capillaire est illustré à la figure 2. Il comprend : - une chambre 11 contenant du fluide à l'état d'équilibre liquide-vapeur pour recevoir le fluide caloporteur à l'état liquide issu du condenseur 2, - un bloc de matériau thermiquement conducteur 12 tel que du cuivre incluant une face 13 destinée à être en contact avec l'élément à refroidir, - des cannelures 14 dans le bloc de matériau thermiquement conducteur 12 ou dans le matériau poreux 15, au niveau desquelles le fluide caloporteur se vaporise, lesdites cannelures 14 s'étendant sur une face opposée à la face 13 destinée à être en contact avec l'élément à refroidir, - un matériau poreux 15 permettant le transport du fluide caloporteur à l'état liquide depuis la chambre 11 vers les cannelures 14. Le matériau poreux 15 ou le bloc de matériau 12 est en contact avec les cannelures 14 d'une part et avec le fluide caloporteur à l'état liquide d'autre part - une entrée 16 connectée à la conduite d'amenée de liquide 32 et débouchant sur la chambre 11, et - une sortie 17 connectée aux cannelures 14 et débouchant sur la conduite d'amenée de vapeur 31. An example of a capillary-type evaporator 1 is illustrated in FIG. 2. It comprises: a chamber 11 containing fluid in liquid-vapor equilibrium state for receiving the coolant in the liquid state coming from the condenser 2, - a block of thermally conductive material 12 such as copper including a face 13 intended to be in contact with the element to be cooled, - splines 14 in the block of thermally conductive material 12 or in the porous material 15, the level at which the coolant vaporizes, said grooves 14 extending on a face opposite to the face 13 intended to be in contact with the element to be cooled, - a porous material 15 for transporting the heat transfer fluid in the liquid state from the chamber 11 to the grooves 14. The porous material 15 or the block of material 12 is in contact with the splines 14 on the one hand and with the heat transfer fluid in the liquid state on the other hand - an inlet 16 connected to the liquid supply pipe 32 and opening on the chamber 11, and - an outlet 17 connected to the splines 14 and opening on the steam supply pipe 31.

Le principe de fonctionnement d'un tel évaporateur 1 est le suivant. Le fluide caloporteur à l'état liquide se déverse dans la chambre 11. Le matériau poreux 15 absorbe le fluide caloporteur à l'état liquide. The operating principle of such an evaporator 1 is as follows. The heat transfer fluid in the liquid state flows into the chamber 11. The porous material 15 absorbs the heat transfer fluid in the liquid state.

Le fluide caloporteur absorbé se déplace jusqu'aux cannelures 14. La chaleur issue de l'élément à refroidir échauffe le bloc de matériau conducteur 12, et également le matériau poreux 15. Le fluide caloporteur à l'état liquide contenu dans le poreux se vaporise. Le fluide caloporteur à l'état vapeur s'échappe vers la sortie 17 de l'évaporateur 1. Condenseur Le condenseur 2 permet de condenser (i.e. passage de l'état vapeur à l'état liquide) le fluide caloporteur. Le condenseur 2 peut être de tout type connu de l'homme du métier. Il peut être composé d'un tube courbé selon une forme permettant de maximiser les échanges thermiques avec l'extérieur tout en minimisant son encombrement. Par exemple, le condenseur peut être formé de tubes parallèles, en forme d'hélice, ou encore en forme de serpentin comme illustré à la figure 2. Il peut comporter des ailettes si l'air est le milieu ambiant. Conduites d'amenée Les conduites d'amenée 31, 32 permettent de transporter le fluide caloporteur entre l'évaporateur 1 et le condenseur 2. La mise en mouvement du fluide caloporteur dans les conduites 31, 32 peut être obtenue par exemple par pression capillaire, par gravité, ou à l'aide d'une pompe ou d'un compresseur. The absorbed heat transfer fluid moves to the flutes 14. The heat from the element to be cooled heats the block of conductive material 12, and also the porous material 15. The heat transfer fluid in the liquid state contained in the porous vaporizes . The heat transfer fluid in the vapor state escapes towards the outlet 17 of the evaporator 1. Condenser The condenser 2 makes it possible to condense (i.e. from the vapor state to the liquid state) the coolant. The condenser 2 may be of any type known to those skilled in the art. It can be composed of a curved tube in a form that maximizes heat exchange with the outside while minimizing its bulk. For example, the condenser may be formed of parallel tubes, helical, or in the form of a coil as shown in Figure 2. It may include fins if the air is the environment. Supply ducts The supply ducts 31, 32 make it possible to transport the heat-transfer fluid between the evaporator 1 and the condenser 2. The movement of the heat-transfer fluid in the ducts 31, 32 can be obtained for example by capillary pressure, by gravity, or using a pump or compressor.

Chaque conduite 31, 32 est dédiée au transport du fluide caloporteur dans un état particulier. Plus précisément, la conduite d'amenée de liquide 32 est dédiée au transport du fluide caloporteur à l'état liquide. La conduite d'amenée de vapeur 31 est dédiée au transport de fluide caloporteur à l'état vapeur. Each pipe 31, 32 is dedicated to the transport of the coolant in a particular state. More specifically, the liquid supply line 32 is dedicated to the transport of the heat transfer fluid in the liquid state. The steam supply pipe 31 is dedicated to the transport of heat transfer fluid in the vapor state.

La conduite d'amenée de liquide 32 est connectée entre la sortie 21 du condenseur 2 et l'entrée 16 de l'évaporateur 1. Elle permet le transport du fluide caloporteur à l'état liquide dans le sens allant depuis le condenseur 2 vers l'évaporateur 1. La conduite d'amenée de vapeur 31 est connectée entre la sortie 17 de l'évaporateur 1 et l'entrée 22 du condenseur 2. Elle permet le transport du fluide caloporteur à l'état vapeur dans le sens allant depuis l'évaporateur 1 vers le condenseur 2. Ainsi, l'ensemble constitué de l'évaporateur 1, du condenseur 2 et des conduites d'amenée 31, 32 forment un circuit en boucle fermée pour le fluide caloporteur. Réservoir de vidange Le réservoir de vidange 4 permet : - de stocker le fluide caloporteur lors de l'arrêt du dispositif, - de déstocker le fluide caloporteur lors du démarrage du dispositif. 20 Les dimensions du réservoir de vidange 4 sont prévues suffisantes pour pouvoir stocker toute la quantité de fluide caloporteur contenue dans l'ensemble constitué de l'évaporateur 1, du condenseur 2 et des conduites d'amenée 31, 32. Un matériau hygroscopique est logé dans le réservoir 4 pour permettre l'adsorption 25 et la désorption du fluide caloporteur. On entend, dans le cadre de la présente invention, par « matériau hygroscopique » un matériau apte à capter un fluide par un phénomène d'adsorption (physisorption ou chimisorption). Le matériau hygroscopique peut être choisi parmi le groupe consistant en les 30 argiles, les polymères, les zéolites, le charbon actif. Le réservoir de vidange 4 est connecté à la conduite d'amenée de vapeur 31 et à la conduite d'amenée de liquide 32 par l'intermédiaire de conduites de dérivation 33, 34. 10 15 Plus précisément, le dispositif comprend une conduite de dérivation de liquide 33 connectée : - à la conduite d'amenée de liquide 32 d'une part, et - au réservoir de vidange 4 d'autre part. Cette conduite de dérivation de liquide 33 permet le passage du fluide caloporteur liquide issu du condenseur 2 vers le réservoir de vidange 4 lors de l'arrêt du dispositif de dissipation thermique. Le dispositif comprend également une conduite de dérivation de vapeur 34 connectée : - au réservoir de vidange 4 d'une part, et - à la conduite d'amenée de vapeur 31 d'autre part. Cette conduite de dérivation de vapeur 34 permet le passage du fluide caloporteur à l'état vapeur issu du réservoir de vidange 4 vers le condenseur 2 lors du démarrage du dispositif de dissipation thermique. 20 Lors de l'arrêt du dispositif de dissipation de chaleur, le réservoir de vidange 4 est rempli avec le fluide caloporteur liquide par adsorption. Ceci permet de réduire considérablement la charge (i.e. la quantité) de fluide caloporteur contenu dans l'ensemble constitué de l'évaporateur 1, du condenseur 2 et des conduites d'amenée de vapeur et de liquide 31, 32 - et appelé dans la suite « boucle fermée 25 de dissipation thermique ». Le fait de réduire la charge de fluide caloporteur contenue dans la boucle fermée de dissipation thermique permet de limiter les risques de dégradation du dispositif liés au gel du fluide caloporteur, par exemple lorsque le dispositif est stocké dans un 30 environnement dont la température est inférieure à la température de solidification du fluide caloporteur. 15 Le réservoir de vidange 4 peut être relié thermiquement à l'évaporateur 1. Ceci permet d'améliorer l'évaporation du fluide caloporteur situé dans l'évaporateur 1 lors de la phase d'arrêt du dispositif. The liquid supply line 32 is connected between the outlet 21 of the condenser 2 and the inlet 16 of the evaporator 1. It allows the transport of the coolant in the liquid state in the direction from the condenser 2 to the condenser 2. Evaporator 1. The steam supply pipe 31 is connected between the outlet 17 of the evaporator 1 and the inlet 22 of the condenser 2. It allows the transport of the coolant in the vapor state in the direction from evaporator 1 to the condenser 2. Thus, the assembly consisting of the evaporator 1, the condenser 2 and the supply lines 31, 32 form a closed loop circuit for the heat transfer fluid. Drain tank Drain tank 4 allows: - to store the coolant when the device is shut down, - to remove the heat transfer fluid when starting the device. The dimensions of the emptying tank 4 are sufficient to be able to store the entire quantity of coolant contained in the assembly consisting of the evaporator 1, the condenser 2 and the supply lines 31, 32. A hygroscopic material is housed in the tank 4 to allow the adsorption and desorption of the coolant. In the context of the present invention, the term "hygroscopic material" means a material capable of capturing a fluid by an adsorption phenomenon (physisorption or chemisorption). The hygroscopic material may be selected from the group consisting of clays, polymers, zeolites, activated carbon. The drain tank 4 is connected to the steam supply line 31 and the liquid supply line 32 via bypass lines 33, 34. More specifically, the device comprises a bypass line of liquid 33 connected: - to the liquid supply line 32 on the one hand, and - to the emptying tank 4 on the other hand. This liquid bypass line 33 allows the passage of liquid heat transfer fluid from the condenser 2 to the emptying tank 4 when stopping the heat dissipating device. The device also comprises a steam bypass line 34 connected to: - the emptying tank 4 on the one hand, and - the steam supply pipe 31 on the other hand. This steam bypass line 34 allows the passage of the coolant in the vapor state from the drain tank 4 to the condenser 2 at the start of the heat dissipation device. When stopping the heat dissipating device, the emptying tank 4 is filled with the liquid heat transfer fluid by adsorption. This considerably reduces the charge (ie the quantity) of coolant contained in the assembly consisting of the evaporator 1, the condenser 2 and the steam and liquid supply pipes 31, 32 - and called in the following "Closed loop 25 of heat dissipation". Reducing the heat transfer fluid load contained in the closed loop of heat dissipation makes it possible to limit the risks of degradation of the device related to the freezing of the coolant, for example when the device is stored in an environment whose temperature is below the solidification temperature of the coolant. The drain tank 4 can be thermally connected to the evaporator 1. This makes it possible to improve the evaporation of the heat transfer fluid located in the evaporator 1 during the stopping phase of the device.

En effet, l'adsorption - mise en oeuvre lors de l'arrêt du dispositif - est une réaction exothermique. La chaleur dégagée par le réservoir de vidange 4 lors de cette réaction d'adsorption peut donc améliorer l'évaporation du fluide caloporteur liquide restant dans l'évaporateur 1 si ceux-ci sont reliés thermiquement. Indeed, the adsorption - implemented during the shutdown of the device - is an exothermic reaction. The heat generated by the emptying tank 4 during this adsorption reaction can therefore improve the evaporation of the liquid coolant remaining in the evaporator 1 if they are thermally connected.

Vannes Le dispositif comprend également trois vannes 5, 6, 7. Une première vanne 5 est positionnée entre l'entrée 35 de la conduite de dérivation de liquide 33 et l'entrée de l'évaporateur 1. Une deuxième vanne 6 est positionnée sur la conduite de dérivation de vapeur 33. Une troisième vanne 7 est positionnée sur la conduite de dérivation de liquide 34. Les première, deuxième et troisième vannes 5, 6, 7 peuvent être ouvertes ou fermées pour remplir ou vider le réservoir de vidange 4 lors des phases de démarrage, d'arrêt ou fonctionnement en régime permanent du dispositif de dissipation thermique. Par exemple, au démarrage, la deuxième vanne 6 est fermée, tandis que les première et troisième vannes 5, 7 sont ouvertes. En régime permanent, les deuxième et troisième vannes 6, 7 sont fermées tandis 30 que la première vanne 5 est ouverte. Lors de l'arrêt les première et troisième vannes 5, 7 sont fermées, tandis que la deuxième vanne 6 est ouverte. 25 Les vannes utilisées peuvent être des vannes à actionnement manuel ou des vannes à commande électronique - i.e. électrovannes - pouvant être actionnées selon la présence ou non d'un flux thermique imposé à l'évaporateur 1. Valves The device also comprises three valves 5, 6, 7. A first valve 5 is positioned between the inlet 35 of the liquid bypass pipe 33 and the inlet of the evaporator 1. A second valve 6 is positioned on the Vapor bypass line 33. A third valve 7 is positioned on the liquid bypass line 34. The first, second and third valves 5, 6, 7 may be opened or closed to fill or empty the drain tank 4 during starting, stopping or steady-state operation of the heat dissipating device. For example, at startup, the second valve 6 is closed, while the first and third valves 5, 7 are open. In steady state, the second and third valves 6, 7 are closed while the first valve 5 is open. When stopping the first and third valves 5, 7 are closed, while the second valve 6 is open. The valves used may be manually operated valves or electronically controlled valves - i.e. solenoid valves - operable depending on the presence or absence of a heat flux imposed on the evaporator 1.

Dans ce cas, le dispositif peut comprendre un contrôleur pour commander l'ouverture ou la fermeture des vannes. Le contrôleur est par exemple un/des ordinateur(s), un/des processeur(s), un/des microcontrôleur(s), un/des microordinateur(s), un/des automate(s) programmable(s), un/des circuit(s) intégré(s) spécifique(s) d'application, d'autres circuits programmables, ou d'autres dispositifs qui incluent un ordinateur tel qu'une station de travail. La commande des vannes par le contrôleur peut être fonction d'un actionnement par l'utilisateur, ou d'une mesure issue du dispositif. Par exemple, l'activation du contrôleur : - en mode de démarrage (i.e. ouverture des première et troisième vannes 5, 7, fermeture de la deuxième vanne 6) ou d'arrêt (i.e. fermeture des première et troisième vannes 5, 7, ouverture de la deuxième vanne 6) peut être obtenu par l'actionnement d'un bouton par l'utilisateur, - en mode permanent (fermeture des deuxième et troisième vannes 6, 7, ouverture de la première vanne 5) peut être obtenu lorsqu'une mesure de température par un thermocouple positionné sur le réservoir de vidange est supérieure/inférieure à une valeur seuil. On va maintenant décrire plus en détail le principe de fonctionnement du dispositif de dissipation thermique illustré à la figure 2. Principe de fonctionnement dit normal En fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque le dispositif de dissipation thermique a pour fonction de transporter de la chaleur de l'évaporateur 1 au condenseur 2, les deuxième et troisième vannes 6, 7 sont fermées tandis que la première vanne 5 est ouverte. In this case, the device may include a controller for controlling the opening or closing of the valves. The controller is for example a computer (s), a processor (s), a microcontroller (s), a microcomputer (s), a programmable controller (s), a or specific built-in circuit (s), other programmable circuits, or other devices that include a computer such as a workstation. The control of the valves by the controller may be a function of an actuation by the user, or a measurement from the device. For example, the activation of the controller: - in start mode (ie opening of the first and third valves 5, 7, closing of the second valve 6) or stoppage (ie closing of the first and third valves 5, 7, opening of the second valve 6) can be obtained by the actuation of a button by the user, - in permanent mode (closing of the second and third valves 6, 7, opening of the first valve 5) can be obtained when a Temperature measurement by a thermocouple positioned on the drain tank is above / below a threshold value. The principle of operation of the heat dissipation device illustrated in FIG. 2 will now be described in more detail. Normal operating principle In normal operation, that is to say when the heat dissipating device serves to transport the heat of the evaporator 1 to the condenser 2, the second and third valves 6, 7 are closed while the first valve 5 is open.

Le fluide caloporteur 3 est évaporé dans l'évaporateur 1, mis en mouvement, et transporté vers le condenseur 2 au travers de la conduite d'amenée de vapeur 31. Une fois dans le condenseur 2, le fluide caloporteur sous forme vapeur est transformé en liquide, puis transporté vers l'évaporateur 1 au travers de la conduite d'amenée de liquide 32 pour un nouveau cycle. Principe de fonctionnement lors de l'arrêt du dispositif Lors de l'arrêt du fonctionnement normal du dispositif, c'est-à-dire lorsque le dispositif de dissipation thermique ne doit plus assurer de transport de chaleur, les première et troisième vannes 5, 7 sont fermées, tandis que la deuxième vanne 6 est ouverte. The coolant 3 is evaporated in the evaporator 1, set in motion, and transported to the condenser 2 through the steam supply pipe 31. Once in the condenser 2, the heat transfer fluid in vapor form is transformed into liquid, then transported to the evaporator 1 through the liquid supply line 32 for a new cycle. Operating principle when stopping the device When stopping the normal operation of the device, that is to say when the heat dissipating device is no longer to provide heat transport, the first and third valves 5, 7 are closed, while the second valve 6 is open.

L'inertie thermique de l'évaporateur 1 permet le changement de phase liquide- vapeur du liquide restant dans l'évaporateur 1. Dans le cas où le réservoir de vidange 4 est relié thermiquement à l'évaporateur 1, la chaleur dégagée par la réaction exothermique d'adsorption peut améliorer l'évaporation du liquide restant dans l'évaporateur 1. La surpression générée à l'évaporateur 1 par évaporation ainsi que la dépression dans le réservoir de vidange 4 due à l'adsorption du fluide caloporteur assurent le transport dudit fluide vers le réservoir de vidange 4. Lorsque la quantité de fluide adsorbé est jugée satisfaisante, la deuxième vanne 6 est fermée. Ainsi, pour toute la durée de l'arrêt du dispositif, le réservoir de vidange est isolé hydrauliquement des autres composants du dispositif. Principe de fonctionnement lors du démarrage du dispositif Lors de la remise en fonctionnement du dispositif, la deuxième vanne 6 est fermée, tandis que les première et troisième vannes 5, 7 sont ouvertes. Dans le cas où le réservoir adsorbant est relié thermiquement à l'évaporateur, la chaleur de la zone chaude est transmise au réservoir de vidange et permet la désorption du fluide contenu dans celui-ci. The thermal inertia of the evaporator 1 makes it possible to change the liquid-vapor phase of the liquid remaining in the evaporator 1. In the case where the drain tank 4 is thermally connected to the evaporator 1, the heat released by the reaction Exothermic adsorption can improve the evaporation of the liquid remaining in the evaporator 1. The overpressure generated at the evaporator 1 by evaporation as well as the depression in the discharge tank 4 due to the adsorption of the coolant provide transport of said When the quantity of adsorbed fluid is judged to be satisfactory, the second valve 6 is closed. Thus, for the duration of the shutdown of the device, the drain tank is hydraulically isolated from the other components of the device. Operating principle when starting the device When the device returns to operation, the second valve 6 is closed, while the first and third valves 5, 7 are open. In the case where the adsorbent tank is thermally connected to the evaporator, the heat of the hot zone is transmitted to the emptying tank and allows the desorption of the fluid contained therein.

Une variante consiste à utiliser une source de chaleur auxiliaire (par exemple un module à effet Peltier ou un système de chauffage) pour améliorer cette phase de désorption. An alternative is to use an auxiliary heat source (eg a Peltier effect module or a heating system) to improve this desorption phase.

La surpression générée par la désorption du fluide et la dépression entraînée par la condensation de celui-ci dans le condenseur 2 permettent la circulation du fluide caloporteur et l'entraînement du fluide caloporteur liquide vers la chambre 11 La présence d'un réservoir de vidange permet donc de stocker/déstocker une partie (ou la totalité) du fluide caloporteur lors des phases de démarrage et d'arrêt du dispositif de dissipation thermique fonctionnant en boucle fermée. Le réservoir de vidange contient un matériau à fort pouvoir adsorbant ayant pour but d'adsorber le fluide caloporteur lors d'une phase d'arrêt du dispositif, et de le désorber lors d'une phase de démarrage du dispositif. La présence du réservoir de vidange a pour intérêt d'éviter le gel du fluide caloporteur, ledit fluide caloporteur étant apte à subir une augmentation de volume lors de sa solidification. En effet, lorsque le fluide caloporteur est stocké dans le réservoir de vidange, celui-ci étant en phase adsorbée, n'adopte pas le comportement de la phase liquide lors de son refroidissement. Ceci permet d'éviter le risque de détérioration du dispositif de dissipation thermique lors des phases de solidification. The overpressure generated by the desorption of the fluid and the depression caused by the condensation thereof in the condenser 2 allow the circulation of the coolant and the driving of the liquid coolant to the chamber 11 The presence of a drain tank allows therefore to store / destock a part (or all) of the heat transfer fluid during the start and stop phases of the heat sink device operating in closed loop. The emptying tank contains a high adsorbent material for the purpose of adsorbing the heat transfer fluid during a stop phase of the device, and to desorb it during a start-up phase of the device. The presence of the drain tank has the advantage of avoiding the freezing of the coolant, said heat transfer fluid being able to undergo an increase in volume during its solidification. Indeed, when the coolant is stored in the drain tank, the latter being in the adsorbed phase, does not adopt the behavior of the liquid phase during its cooling. This makes it possible to avoid the risk of deterioration of the heat dissipating device during the solidification phases.

La présence du réservoir de vidange permet également de contrôler la répartition du fluide caloporteur lors de la phase de démarrage du dispositif. Plus précisément, la présence du réservoir de vidange permet de réduire la durée d'amorçage du dispositif de dissipation thermique en évitant la formation de bouchons liquides ou solides dans la conduite d'amenée de vapeur. 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. The presence of the drain tank also makes it possible to control the distribution of the coolant during the start-up phase of the device. Specifically, the presence of the drain tank reduces the priming time of the heat dissipating device by avoiding the formation of liquid or solid plugs in the steam supply line. The reader will have understood that many modifications can be made to the device described above without physically going out of the new teachings and advantages described herein. Therefore, all such modifications are intended to be incorporated within the scope of the appended claims.

Claims

REVENDICATIONS1. Closed-loop heat dissipation device comprising a two-phase loop consisting of: - an evaporator (1) for vaporizing a coolant, - a condenser (2) for liquefying the coolant, supplying steam (31) between the evaporator and the condenser, said vapor supply pipe being arranged downstream of the evaporator and upstream of the condenser to allow the passage of the heat transfer fluid in vapor form from the evaporator to the vaporizer. to the condenser, a liquid supply line (32) between the condenser and the evaporator, said liquid supply line being arranged downstream of the condenser and upstream of the evaporator to allow the passage of the liquid heat transfer fluid from the condenser to the evaporator, characterized in that the device further comprises a reservoir (4) connected between the steam supply pipe and the liquid supply pipe, said reservoir r comprising an adsorbent material for the adsorption / desorption of the coolant.

2. Device according to claim 1, wherein the adsorbent material is selected from the group consisting of clays, zeolites, activated carbon or any other material leading to physisorption or chemisorption type interactions with the coolant.

3. Device according to one of claims 1 or 2, wherein the heat transfer fluid is water.

4. Device according to one of claims 1 to 3, which further comprises: - a liquid bypass line (33) for storing the heat transfer fluid in the tank, the liquid bypass line being connected: o by l one of its ends to the liquid supply line and o the other of its ends to the tank, - a steam bypass line (34) for the destocking of the steam heat transfer fluid from the tank, the bypass line of steam being connected: o by one of its ends to the tank, o by the other of its ends to the steam supply line, - a system for controlling the direction of circulation of the coolant in the bypass lines, the system being arranged to: o allow the flow of fluid from the condenser to the reservoir in the liquid bypass line, o allow the flow of fluid from the reservoir to the condenser in the pipe steam bypass.

5. Device according to the preceding claim, wherein the circulation direction control system comprises at least three valves: - a first valve (5) being positioned on the liquid supply pipe, - a second valve (6) being positioned on the liquid bypass line; - a third valve (7) being positioned on the steam bypass line.

6. Device according to claim 5, wherein the control system further comprises at least one controller programmed to control the opening and closing of the valves to allow: - the storage of heat transfer fluid in the tank during a phase d stopping the device, the destocking of the heat transfer fluid from the reservoir during a start-up phase of the device.

7. Device according to claim 6, wherein the controller controls: - the opening of the first and third valves (5, 7) and the closure of the second valve (6) during the startup phase of the device, - the closure first and third valves (5, 7) and the opening of the second valve (6) during the stopping phase of the device.

8. Device according to one of the preceding claims, wherein the reservoir is in thermal contact with the evaporator.

9. Device according to one of the preceding claims, which further comprises a temperature sensor for a temperature measurement in the tank.