FR3054309A1 - Echangeur thermique en materiau composite compose de la superposition d'un pli plan et d'un pli ondule - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un échangeur thermique (1) pour un équipement avionique d'un aéronef comprenant : - une première plaque (10) sensiblement plane, - une deuxième plaque (20) ondulé, connectée à la première plaque (10), et - une troisième plaque (30) sensiblement plane, l'échangeur thermique (1) étant caractérisé en ce que la première plaque (10) et la deuxième plaque (20) sont chacune réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 200 W/m/K, de préférence supérieure ou égale à 500 W/m/K, qui est densifié par une matrice polymère.
Description
(57) L'invention concerne un échangeur thermique (1 ) pour un équipement avionique d'un aéronef comprenant:
- une première plaque (10) sensiblement plane,
- une deuxième plaque (20) ondulé, connectée à la première plaque (10), et
- une troisième plaque (30) sensiblement plane, l'échangeur thermique (1 ) étant caractérisé en ce que la première plaque (10) et la deuxième plaque (20) sont chacune réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 200 W/m/K, de préférence supérieure ou égale à 500 W/m/K, qui est densifié par une matrice polymère.
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne de manière générale le domaine des échangeurs thermiques, et plus particulièrement les échangeurs thermiques pour les conditionnements des équipements électroniques montés dans des baies avioniques.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Un équipement électronique destiné à être monté par exemple dans une baie avionique, en zone moteur, dans les ailes ou dans les trains îo d’atterrissage, ou toute autre zone avionique adaptée et comprend, dans un conditionnement souvent métallique dit aussi boîtier ou « packaging », un ensemble de cartes électroniques dissipatrices de chaleur.
L’évolution des aéronefs actuels a pour effet de soumettre ces 15 boîtiers pour équipement avionique à des environnements thermiques et vibratoires de plus en plus sévères, les cartes électroniques dissipant en outre de plus en plus de chaleur dans un volume de plus en plus réduit. En parallèle, les avionneurs cherchent à diminuer fortement la masse des boîtiers, tout en permettant d’évacuer les calories produites par l’électronique et permettre la tenue mécanique des boîtiers, en particulier une tenue vibratoire de l’électronique contenue dans les boîtiers en transmettant le moins de vibration possible aux cartes électroniques et à leur assemblage.
Les boîtiers placés en zone sévère tel que la zone moteur, les ailes ou encore le train d’atterrissage nécessitent souvent l’installation d’échangeur thermique, configuré pour évacuer les flux thermiques générés par les cartes électroniques dans le boîtier. Cet échangeur thermique comprend à cet effet une plaque métallique, fixée sur le boîtier (ou formant l’une des faces du boîtier), de laquelle font saillie une pluralité de nervures ou ailettes afin d’augmenter la surface d’échange avec le milieu extérieur au boîtier. En fonctionnement, le flux thermique est récupéré par des moyens connus, tels que des drains thermiques placés dans le boîtier et en contact avec les cartes électroniques, puis acheminé par conduction thermique vers les nervures avant d’être évacué par dissipation.
On cherche donc à évacuer de manière plus efficace la puissance dissipée par les cartes électroniques dans un même volume voire un volume plus restreint, et avec une masse réduite.
RESUME DE L’INVENTION
Un objectif de l’invention est donc de proposer un échangeur thermique pouvant être utilisé pour tout boîtier d’équipement avionique îo placé dans toutes les zones possibles (avion ou hélicoptère), qui soit capable de dissiper suffisamment le flux thermique généré par les équipements avioniques qui sont logés dans le boîtier de manière simple et efficace, sans pour autant augmenter la masse ou l’encombrement de l’échangeur thermique.
Pour cela, l’invention propose un échangeur thermique pour un équipement avionique d’un aéronef comprenant :
- une première plaque sensiblement plane,
- une deuxième plaque ondulé, connectée à la première plaque, et
- une troisième plaque sensiblement plane.
La première plaque et la deuxième plaque sont chacune réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 200 W/m/K, de préférence supérieure ou égale à 500 W/m/K, qui est densifié par une matrice polymère.
On notera par ailleurs que plus la conductivité du renfort fibreux est élevée, meilleurs sera l’échange thermique. La conductivité thermique du renfort fibreux peut notamment atteindre 500 W/m/K à 600 W/m/K.
Certaines caractéristiques préférées de l’échange thermique décrit cidessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- le renfort fibreux du matériau composite de la première plaque et/ou de la deuxième plaque comprend l’un au moins des matériaux suivants : du carbone, un alliage métallique et/ou la matrice polymère du matériau composite de la première plaque et/ou de la deuxième plaque comprend un matériau thermodurcissable tel qu’une résine époxyde, bismaléimide ou polyimide, ou encore un matériau thermoplastique
- la deuxième plaque est assemblée avec la première plaque par couture ou tricot à l’aide de fibres en matériau organique ou métallique,
- les fibres présentent une conductivité thermique supérieure ou égale îo à 200 W/m/K, de préférence supérieure ou égale à 500 W/m/K, et comprennent l’un au moins des matériaux suivants : du carbone, un alliage métallique,
- la deuxième plaque présente des vallées et des sommets, les vallées étant en contact avec la première plaque, et dans lequel la deuxième plaque est assemblée par couture ou tricot avec la première plaque au niveau desdits vallées,
- la matrice polymère de la deuxième plaque et la matrice polymère de la deuxième plaque sont identiques, et dans lequel la deuxième plaque est surmoulée avec la première plaque à l’aide de ladite matrice polymère,
- l’échangeur thermique comprend en outre une source de fluide de refroidissement, le fluide de refroidissement étant injecté entre la première plaque et la deuxième plaque et/ou entre la deuxième plaque et la troisième plaque afin de créer des échanges convectifs,
- la troisième plaque comprend un matériau isolant thermiquement, par exemple un matériau thermodurcissable tel qu’une résine époxyde, bismaléimide ou polyimide, ou encore un matériau thermoplastique,
- la troisième plaque comprend un matériau conducteur thermiquement tel qu’un alliage métallique,
- un rayon de courbure des ondulations de la deuxième plaque est supérieur ou égal à 3 mm, de préférence supérieur ou égal à 5 mm,
- l’échangeur thermique comprend en outre des drains thermiques en alliage métallique fixés sur la première plaque, à l’opposé de la deuxième plaque, et/ou
- les drains thermiques sont soit assemblés avec la première plaque à l’aide d’une colle conductrice thermiquement et de vis, soit surmoulés avec la première plaque et assemblés à l’aide de vis.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose également un boîtier pour un équipement avionique d’un aéronef comprenant un échangeur thermique comme décrit ci-dessus.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
La figure 1 est une vue partielle en perspective d’un exemple de réalisation d’une face d’un échangeur thermique conforme à l’invention, et
La figure 2 est une vue en coupe partielle d’un exemple de réalisation d’un échangeur thermique fixé sur un boîtier pour un équipement avionique, conforme à l’invention, sur laquelle ont été représentés des flux thermiques.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
Dans ce qui suit, l’invention va plus particulièrement être décrite dans le cas d’un échangeur thermique 1 d’un boîtier pour un équipement avionique d’un aéronef. Ceci n’est cependant pas limitatif, l’échangeur thermique 1 de l’invention pouvant être utilisé pour récupérer un flux thermique émis par tout type d’équipement dissipateur de flux thermique.
Un boîtier pour équipement avionique d’un aéronef comprend, de manière connue en soi :
- une face de fond configurée pour comporter des premiers moyens de montage d’au moins une carte électronique 2,
- une face supérieure, sensiblement parallèle et opposée à la face de fond et configurée pour comporter des deuxièmes moyens de montage de l’au moins une carte électronique 2, et
- deux faces latérales, s’étendant entre la face supérieure et la face de fond. Les faces latérales comprennent chacune une portion supérieure, adjacente à la face supérieure, et une portion inférieure, adjacente à la face de fond.
îo Le boîtier loge au moins un équipement avionique, typiquement au moins une carte électronique 2 (de préférence plusieurs) portant des composants électroniques 3 et autant de moyens de montage desdites cartes électroniques 2. Ces moyens de montage sont généralement identiques et peuvent comprendre, de manière connue en soi, des supports porte-glissière avec blocage du type Cardlock (non visible sur les figures). En variante, les cartes électroniques peuvent être fixées sur un cadre au moyen de vis.
De manière connue en soi, le boîtier comprend en outre un échangeur thermique 1, fixé sur l’une des faces latérales du boîtier ou formant l’une des faces latérales du boîtier. De préférence, l’échangeur thermique 1 forme l’une des faces latérales afin d’améliorer la dissipation du flux thermique vers l’environnement extérieur au boîtier.
Afin d’améliorer les échanges thermiques sans pour autant augmenter l’encombrement du boîtier, l’échangeur thermique 1 comprend :
- une première plaque sensiblement plane, ou pli plan 10,
- une deuxième plaque ondulée, ou pli ondulé 20, connectée au pli plan 10, et
- une troisième plaque sensiblement plane, ou plaque externe 30.
Le pli plan 10 et le pli ondulé 20 sont chacun réalisés dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 200 W/m/K,qui est densifié par une matrice polymère. De préférence, la conductivité thermique des fibres du renfort fibreux est supérieure ou égale à 500 W/m/K, par exemple entre 500 W/m/K et 600 W/m/K.
Le renfort fibreux du matériau composite du pli plan 10 et du pli ondulé 20 comprend des fibres organiques ou métalliques. Par exemple, le renfort fibreux du pli plan 10 et du pli ondulé 20 peut comprendre l’un au moins des matériaux suivants : du carbone, notamment à base de brai îo (pitch en anglais), ou un alliage métallique.
La matrice polymère peut comprendre un matériau thermodurcissable tel qu’une résine époxyde, bismaléimide ou polyimide, ou encore un matériau thermoplastique.
On notera que le renfort fibreux et la matrice du pli plan 10 et du pli 15 ondulé 20 peuvent être réalisés dans un même matériau constitutif, ou en variante dans des matériaux distincts.
L’utilisation d’un matériau composite pour le pli plan 10 permet d’augmenter la dissipation thermique dans le plan du boîtier tout en réduisant sa densité, en comparaison avec une plaque métallique conventionnelle.
Par ailleurs, l’ajout d’un pli ondulé 20 permet d’augmenter drastiquement la surface d’échange thermique, et donc la dissipation thermique, pour un encombrement réduit. Sa réalisation dans le matériau composite permet en outre de garantir une forte conductivité thermique, et par conséquent une bonne évacuation des calories.
La connexion entre le pli ondulé 20 et le pli plan 10 peut être réalisée par tricot ou couture à l’aide de fibres d’assemblage 12 organiques ou métalliques.
Une telle connexion permet d’assurer une conductivité thermique en transverse entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20, tout en minimisant les dissipations thermiques au sein du boîtier afin de permettre une évacuation efficace des calories en dehors du boîtier. Les fibres d’assemblage 12 permettent en effet une bonne répartition des flux thermiques récupérés par le pli plan 10 en matériau composite, dans les trois directions, en opérant une connexion intime entre les fibres d’assemblage 12 et les fibres des renforts fibreux du pli plan 10 et du pli ondulé 20, sans résistance thermique notable.
On notera qu’un tel assemblage peut être réalisé à l’échelle industrielle, en cousant ou en tricotant directement les fibres d’assemblage îo 12 avec les renforts fibreux du pli plan 10 et du pli ondulé 20.
Les fibres d’assemblage 12 peuvent comprendre des fibres longues telles que des fibres de carbone à base de brai. En variante, les fibres d’assemblage 12 peuvent comprendre un alliage métallique présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 120 K/m/K, de préférence supérieure ou égale à 140 W/m/K, par exemple un alliage d’aluminium (tel qu’un alliage de la série T6061 T6) ou un alliage de cuivre. Une autre technique pour améliorer la conductivité transverse entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20 est d’y adjoindre des inserts métalliques, processus facilement industrialisable.
Dans un exemple de réalisation, les fibres du renfort fibreux du pli plan 10 et du pli ondulé 20 et les fibres d’assemblage 12 peuvent être réalisées dans un même matériau tandis que la matrice composite comprend un matériau thermodurcissable du type epoxy.
Le pli ondulé 20 définit des vallées 14 qui sont en contact avec le pli plan 10 et des sommets 16 qui sont en contact avec la plaque externe 30. Chaque vallée 14 et chaque sommet 16 s’étend selon une direction longitudinale X du pli ondulé 20. Les vallées 14 et les sommets 16 s’alternent l’un après l’autre, en étant parallèle deux à deux.
Un rayon de courbure des ondulations (au niveau des vallées 14 et des sommets 16) est supérieur ou égal à 3 mm, de préférence supérieur ou égal à 5 mm. Un tel rayon de courbure permet en effet de ne pas casser la fibre du renfort fibreux du pli ondulé 20, tout en assurant une surface d’échange suffisante afin d’évacuer le flux thermique. Un rayon de courbure supérieur à 7 mm peut bien entendu être envisagé : toutefois, une augmentation du rayon de courbure implique une réduction de la surface d’échange au niveau des ondulations. On notera que le rayon de courbure du renfort fibreux et est choisi de préférence pour éviter que le renfort îo fibreux ne rompe.
Dans une forme de réalisation, le pli ondulé 20 est cousu ou tricoté avec le pli plan 10 au niveau de tout ou partie de ses vallées 14. De préférence, le pli ondulé 20 est cousu ou tricoté au niveau de chaque vallée 14, sur toute la longueur desdits vallées 14, afin d’assurer un contact intime entre les deux plis 10, 20 et d’augmenter les échanges thermiques par conduction.
Le cas échéant, le pli plan 10 peut être à la fois cousu et tricoté avec le pli ondulé 20.
De manière alternative ou en supplément de la couture et/ou du tricot, on notera que le pli ondulé 20 pourrait être collé, par exemple à l’aide d’une colle thermiquement conductrice, et/ou vissé sur le pli plan 10, au niveau desdits vallées 14.
Le cas échéant, le pli ondulé 20 et le pli plan 10 peuvent en plus être assemblés par surmoulage. A cet effet, le pli ondulé 20 est d’abord obtenu en plissant un pli plan 10 transversalement à la direction longitudinale X sur un gabarit comportant les ondulations voulues. Le pli ondulé 20 et le pli plan 10 sont ensuite assemblés au niveau des vallées 14 du pli ondulé 20 (par couture et/ou tricot et/ou collage et/ou vissage). Des noyaux peuvent être placés dans chaque ondulation du pli ondulé 20 (c’est-à-dire entre le pli plan 10 et les sommets 16) afin d’éviter que la matrice ne remplisse les espaces entre le pli plan 10 et les sommets 16. Puis la matrice polymère est infiltrée dans le renfort fibreux du pli ondulé 20 et du pli plan 10 ainsi assemblés, par exemple par un procédé de moulage par transfert de résine RTM (acronyme anglais de Resin Transfer Molding), par infusion ou encore par injection.
Les noyaux sont ensuite retirés après densification (par traitement thermique afin de polymériser la matrice) de la matrice polymère. Typiquement, un procédé de moulage à la cire perdue peut être appliqué.
On notera que, dans ce mode de réalisation, la matrice polymère du îo matériau composite du pli plan 10 est la même que la matrice polymère du matériau composite du pli ondulé 20.
La plaque externe 30 peut être fixée sur les sommets 16 du pli ondulé 20 à l’aide d’une colle et/ou par vissage.
La plaque externe 30 peut être réalisée dans un matériau thermiquement conducteur, par exemple en alliage métallique du type alliage d’aluminium, alliage de cuivre ou encore alliage de titane, ou en variante dans un matériau thermiquement isolant, par exemple un matériau thermodurcissable tel qu’une résine époxyde, bismaléimide ou polyimide, ou encore un matériau thermoplastique.
Le choix d’un matériau thermiquement conducteur ou isolant dépend du milieu ambiant de l’échangeur thermique. Plus précisément, lorsque la température entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20 est inférieure à la température ambiante, la plaque externe 30 est de préférence réalisée dans un matériau thermiquement isolant, voire éventuellement anti-feu selon les domaines d’application. En revanche, lorsque la température entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20 est sensiblement égale à la température ambiante, la plaque externe 30 peut être réalisée dans un matériau thermiquement conducteur ou dans un matériau thermiquement isolant.
Lorsque la plaque externe 30 est réalisée dans un matériau thermiquement isolant, la colle utilisée pour fixer la plaque externe 30 au pli ondulé 20 est de préférence une colle structurale. Dans lorsqu’elle est réalisée dans un matériau thermiquement conducteur, la colle peut être structurale, mais aussi thermiquement conductrice.
Lorsque la plaque externe 30 est réalisée dans un alliage métallique, en particulier un alliage d’aluminium, une couche de protection conductrice peut être appliquée sur la surface de la plaque externe 30 qui est en contact avec les fibres du pli ondulé 20 afin d’éviter les phénomènes de corrosion galvanique qui provoqueraient une dissolution de l’alliage métallique. Un tel îo phénomène peut notamment survenir en cas d’infiltration d’eau, en particulier d’eau salée.
Par exemple, des anodisations normales ou dures peuvent être appliquées à la plaque externe 30 afin de former une couche passive d’alumine sur tout ou partie de la surface de la plaque externe 30. La couche d’alumine obtenue est régulière, d’épaisseur constante (entre 25 et 100 microns), adhère parfaitement sur l’alliage d’aluminium, est dure, lisse et très résistante.
De manière alternative, un alliage de cuivre peut être plaqué par céramisation sur tout ou partie de la surface de la plaque externe 30.
On notera que, lorsque la plaque externe 30 est surmoulée avec le pli ondulé 20 et le pli plan 10, la matrice polymère permet d’isoler l’alliage métallique et les fibres et d’éviter les phénomènes de corrosion galvanique.
Le cas échéant, dans une forme de réalisation, la plaque externe 30 peut être surmoulée avec le pli plan 10 et le pli ondulé 20. Dans ce cas, la plaque externe 30, le pli plan 10 et le pli ondulé 20 peuvent être surmoulés simultanément au cours d’une même étape, à savoir lors de l’injection de la matrice polymère dans les renforts fibreux. II faut alors prévoir des noyaux dans l’ensemble des creux en vis-à-vis des ondulations. Ce mode de réalisation permet en particulier de limiter le nombre d’étapes nécessaires pour la réalisation de l’échangeur thermique 1 et d’obtenir la pièce en une unique étape, réduisant ainsi le coût de l’assemblage.
En variante la plaque externe 30 peut être surmoulée avec les plis 10, 20 après leur étape de surmoulage.
Afin d’améliorer encore l’évacuation des calories, un fluide F peut être injecté entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20 et/ou entre le pli ondulé 20 et la plaque externe 30 afin de créer un phénomène de convection forcée (voir figure 1). A cet effet, l’échangeur thermique 1 peut comprendre une source de fluide, notamment un gaz tel que de l’air ou un liquide (dans le cas où il n’y a pas de risque de feu ni de gel, c’est-à-dire lorsque la îo température ambiante est comprise entre - 55°C et + 100°C environ), et une pompe, configurée pour injecter le fluide dans l’échangeur thermique 1.
Le débit du fluide peut être compris entre 5 g/s et 50 g/s. Le débit est de préférence choisi en fonction de la puissance de l’électronique à dissiper, de la surface d’échange obtenue et de la température du fluide. Sa température est inférieure ou égale à la température ambiante (c’est-à-dire la température à l’extérieur de l’échangeur thermique 1, au niveau de la plaque externe 30).
On notera que, de manière connue en soi, il n’est pas nécessaire de prévoir une sortie pour le fluide injecté.
De préférence le fluide est injecté à la fois entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20, et entre le pli ondulé 20 et la plaque externe 30. Dans le cas d’un échangeur thermique 1 d’un boîtier, le pli plan 10 joue donc le rôle d’une paroi de protection de l’équipement avionique, en empêchant l’introduction du fluide au sein du boîtier.
En fonctionnement, le flux thermique à dissiper F1, typiquement le flux thermique F1 généré par les composants électroniques 3 d’une carte électronique 2, est dissipé par les pâtes de composants au travers de la carte électronique 2 (flux F2). Ce flux thermique F2 est alors diffusé par conduction dans le pli ondulé 20, au niveau de la connexion entre le pli plan
10 et le pli ondulé 20 (par exemple grâce à la couture ou du tricot) (flux F3).
Ce flux thermique est donc évacué par conduction :
- par le pli plan 10 (flux F4) dans l’espace défini entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20 (c’est-à-dire entre le pli plan 10 et les sommets 16), et
- par le pli ondulé 20, dans l’espace défini entre le pli plan 10 et le pli ondulé 20 (entre le pli plan 10 et les vallées 14 - flux F5) ainsi que dans l’espace défini par le pli ondulé 20 et la plaque externe 30 (entre les sommets 16 et la plaque externe 30 - flux F6).
La surface d’échange est donc plus que doublée, en comparaison avec la surface d’échange d’un radiateur à ailettes, système connu et classiquement utilisé dans les boîtiers en alliage d’aluminium.
îo En parallèle, du fluide, typiquement de l’air, peut être injecté entre le pli plan 10 et la plaque externe 30, ce qui crée une convection forcée F7 permettant d’évacuer encore d’avantage de calories accumulées dans le pli plan 10 ainsi que dans le pli ondulé 20.
Ces flux thermiques F1-F7 ont été illustrés schématiquement sur la figure 2.
Dans le cas d’un boîtier pour équipement avionique, des drains thermiques 4 peuvent être fixés sur la face interne du pli plan 10, c’est-àdire la face qui est opposée au pli ondulé 20, afin de diriger le flux thermique vers le pli plan 10. Les drains thermiques 4 peuvent notamment être fixés par collage, par exemple à l’aide d’une colle thermiquement conductrice, et/ou vissé sur le pli plan 10 avec introduction d’inserts métallique pour augmenter la conductivité thermique transverse et favoriser le transfert du flux F2 vers le flux F4 (voir figure 2).
Les zones de fixation des drains thermiques 4 peuvent être confondues ou distinctes des zones de connexion du pli plan 10 avec le pli ondulé 20.
Les drains thermiques 4 forment, de manière connue en soi, un cadre métallique. La forme et les dimensions de ce cadre métallique peuvent être conventionnelles.
Les drains thermiques 4 sont de préférence réalisés dans un alliage métallique, par exemple dans un alliage d’aluminium ou de cuivre, afin d’assurer une conductivité thermique isotrope suffisante pour récupérer les calories générées par les cartes électroniques 2 au sein du boîtier et de jouer un rôle de raidisseur.
Afin d’éviter les phénomènes de corrosion galvanique qui 5 provoqueraient une dissolution de l’alliage métallique, de manière analogue à ce qui a été décrit pour la plaque externe 30, une couche de protection conductrice peut être appliquée sur la surface des drains thermiques 4 qui est en contact avec les fibres du pli plan 10.
Ainsi, des anodisations normales ou dures peuvent être appliquées îo aux drains thermiques 4 afin de former une couche passive d’alumine sur tout ou partie de la surface des drains thermiques 4. Cette couche étant électro-isolante mais thermo-conductrice (environ 26 à 35 W/m.K), elle est négligeable et n’affecte pas la résistance thermique entre les fibres du pli plan 10 et les drains thermiques 4.
De manière alternative, un alliage de cuivre peut être plaqué par céramisation sur tout ou partie de la surface des drains thermiques 4. L’alliage de cuivre présentant une conductivité thermique importante, il n’affecte pas non plus la résistance thermique entre les fibres du pli plan 10 et les drains thermiques 4.
Selon une autre variante, les drains thermiques 4 peuvent également être surmoulés avec le renfort fibreux du pli plan 10 lors de l’injection de la matrice polymère pour former le matériau composite du pli plan 10 - et le cas échéant du pli ondulé 20. La matrice polymère permet ainsi d’isoler l’alliage métallique et les fibres et d’éviter les phénomènes de corrosion galvanique.
On comprendra que, afin de renforcer la protection des drains thermiques 4 contre le couplage galvanique, il est possible à la fois d’appliquer une couche de protection conductrice et de surmouler les drains thermiques 4 avec la matrice polymère.
Dans une variante de réalisation, le boîtier peut comprend une carte électronique 2 portant un composant électronique 5 du type FPGA (acronyme anglais de Field-Programmable Gâte Array, pour réseau de portes programmables in situ). Un tel composant 5 dissipe actuellement entre 5 W et 10 W sur 2 cm2, qui doivent donc être évacués efficacement par l’échangeur thermique 1.
Afin d’améliorer la conduction du flux thermique dissipé par le FPGA vers le pli plan 10, un bossage 6 peut être rapporté et fixé sur la face interne du pli plan 10 de manière à venir contact avec le FPGA 5 afin de créer un chemin de conduction thermique supplémentaire (c’est-à-dire en plus des drains thermiques 4). Le cas échéant, le FPGA 5 peut venir en îo contact avec le bossage 6 par l’intermédiaire d’un tampon de remplissage 7 (gap pad en anglais) compressible afin de favoriser le contact entre le
FPGA 5 et le bossage 6.
Le bossage 6 peut être fixé de manière analogue aux drains thermiques 4 et peut être réalisé soit dans un alliage métallique, typiquement un alliage d’aluminium ou de cuivre, soit dans un matériau composite (typiquement l’un des matériaux composites envisageables pour le pli ondulé 20 et le pli plan 10). Dans tous les cas, le bossage 6 est réalisé dans un matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 120 W/m/K. Le cas échéant, le bossage 6 peut être composé par un renfort fibreux, auquel cas le renfort fibreux doit présenter une conductivité supérieure à 200 W/m/K, idéalement supérieure à 500 W/m/K, avec l’ajout de conductivité transverse par couture ou par ajout d’insert métallique transverse.
Par exemple, le bossage 6 peut être réalisé dans le même matériau que le pli plan 10 ou que le pli ondulé 20.
Les composants de la carte électronique 2 (à l’exception du FPGA 5) dissipent donc un flux thermique qui est récupéré par les drains thermiques 4 et transmis au pli plan 10 par conduction, tandis que le FPGA 5 dissipe un flux thermique qui est récupéré successivement par conduction par le tampon de remplissage 7 et le bossage 6 avant d’être transmis au pli plan
10.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Echangeur thermique (1) pour un équipement avionique d’un5 aéronef comprenant :- une première plaque (10) sensiblement plane,- une deuxième plaque (20) ondulé, connectée à la première plaque (10), et- une troisième plaque (30) sensiblement plane, îo l’échangeur thermique (1) étant caractérisé en ce que la première plaque (10) et la deuxième plaque (20) sont chacune réalisées dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 200 W/m/K, de préférence supérieure ou égale à 500 W/m/K, qui est densifié par une matrice polymère.
- 2. Echangeur thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel :- le renfort fibreux du matériau composite de la première plaque (10) et/ou de la deuxième plaque (20) comprend l’un au moins des matériaux suivants : du carbone, un alliage métallique et/ou20 - la matrice polymère du matériau composite de la première plaque (10) et/ou de la deuxième plaque (20) comprend un matériau thermodurcissable tel qu’une résine époxyde, bismaléimide ou polyimide, ou encore un matériau thermoplastique.25
- 3. Echangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la deuxième plaque (20) est assemblée avec la première plaque (10) par couture ou tricot à l’aide de fibres (12) en matériau organique ou métallique.30
- 4. Echangeur thermique (1) selon la revendication 3, dans lequel les fibres (12) présentent une conductivité thermique supérieure ou égale à 200W/m/K, de préférence supérieure ou égale à 500 W/m/K, et comprennent l’un au moins des matériaux suivants : du carbone, un alliage métallique.
- 5. Echangeur thermique (1) selon la revendication 4, dans lequel la 5 deuxième plaque (20) présente des vallées (14) et des sommets (16), les vallées (14) étant en contact avec la première plaque (10), et dans lequel la deuxième plaque (20) est assemblée par couture ou tricot avec la première plaque (10) au niveau desdits vallées (14).îo
- 6. Echangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la matrice polymère de la deuxième plaque (20) et la matrice polymère de la deuxième plaque (20) sont identiques, et dans lequel la deuxième plaque (20) est surmoulée avec la première plaque (10) à l’aide de ladite matrice polymère.
- 7. Echangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre une source de fluide de refroidissement (F), le fluide de refroidissement étant injecté entre la première plaque (10) et la deuxième plaque (20) et/ou entre la deuxième plaque (20) et la troisième20 plaque (30) afin de créer des échanges convectifs (F7).
- 8. Echangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la troisième plaque (30) comprend un matériau isolant thermiquement, par exemple un matériau thermodurcissable tel qu’une25 résine époxyde, bismaléimide ou polyimide, ou encore un matériau thermoplastique.
- 9. Echangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la troisième plaque (30) comprend un matériau conducteur30 thermiquement tel qu’un alliage métallique.
- 10. Echangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel un rayon de courbure des ondulations de la deuxième plaque (20) est supérieur ou égal à 3 mm, de préférence supérieur ou égal à 5 mm.5
- 11. Echangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant en outre des drains thermiques (4) en alliage métallique fixés sur la première plaque (10), à l’opposé de la deuxième plaque (20).
- 12. Echangeur thermique (1) selon la revendication 11, dans lequel îo les drains thermiques (4) sont soit assemblés avec la première plaque (10) à l’aide d’une colle conductrice thermiquement et de vis, soit surmoulés avec la première plaque (10) et assemblés à l’aide de vis.
- 13. Boîtier pour un équipement avionique d’un aéronef comprenant
- 15 un échangeur thermique (1) selon l’une des revendications 1 à 12.
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2016
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