DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT À CALODUC PULSÉ

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] La présente demande concerne un dispositif de refroidissement passif apte à refroidir une source de chaleur comprenant des composants électroniques et/ou électriques. Pour cela, le dispositif utilise un caloduc oscillant dans lequel un fluide caloporteur peut circuler de manière pulsée sous l'effet de la chaleur.

État de la technique

[0002] Il est connu de l'état de la technique l'emploi de dispositifs de refroidissement utilisant un caloduc oscillant pour refroidir une source de chaleur.

[0003] Le document FR3007122A1 décrit un exemple de ce type. Selon cet exemple, un système de refroidissement 12 est employé pour refroidir un circuit électronique équipé de diodes électroluminescentes. Plus précisément, comme représenté à la figure 1, le système de refroidissement comprend un caloduc oscillant 11 comportant un tube dans lequel un fluide caloporteur circule de manière puisée. Le tube est un tube extrudé multiport comprenant des canaux parallèles entre eux et empilés selon une direction normale à un élément de conduction thermique 13 interposé entre le tube et le circuit électronique. Le tube présente la forme générale d'un ruban formant un serpentin s'étendant le long de l'élément de conduction 13.

[0004] Le caloduc oscillant comprend une partie chaude située en dessous de l'élément de conduction 13 et des parties froides situées dans des zones latérales du serpentin, disposées de part et d'autre de la partie chaude. L'élément de conduction thermique 13 transmet la chaleur produite par le circuit électronique aux parties chaudes du caloduc. La chaleur est ensuite transportée par les oscillations du fluide caloporteur jusqu'aux zones froides. Les zones froides dissipent alors la chaleur à l'environnement par un phénomène de convection avec l'air ambiant. Les performances du dispositif de refroidissement dépendent directement de ce phénomène de convection.

[0005] Afin d'améliorer les performances du dispositif de refroidissement, le document FR3007122A1 propose l'utilisation d'ailettes d'échange thermique 15 placées entre les spires du serpentin qui sont formées par le tube (voir figure 2). Cette solution efficace a néanmoins les inconvénients de complexifier la fabrication du dispositif et d'augmenter son encombrement.

[0006] Selon une solution alternative, des moyens de mise en mouvement de l'air ambiant peuvent être employés pour établir une convection forcée de l'air au niveau des zones froides. Cette solution a pour inconvénient l'emploi de ventilateurs qui consomment de l'énergie et produisent à leur tour de la chaleur. De plus, une panne d'un ventilateur dégrade de manière significative les capacités du dispositif. Or, la durée de fonctionnement d'une diode électroluminescente est bien supérieure actuellement au temps de fonctionnement d'un ventilateur. De ce fait, il est nécessaire d'effectuer des contrôles réguliers de leur bon fonctionnement afin de s'assurer que la source lumineuse est correctement refroidie pour prévenir toute détérioration de ladite source. C'est pourquoi l'utilisation de ventilateur n'est pas non plus une solution idéale pour refroidir un dispositif de refroidissement. Les solutions actuellement proposées ne sont donc pas pleinement satisfaisantes.

[0007] La présente demande vise donc à proposer un dispositif de refroidissement résolvant les inconvénients mentionnés ci-dessus. En particulier, la présente demande a pour objectif de présenter un dispositif de refroidissement comprenant un caloduc pulsé moins coûteux à fabriquer, plus économique d'utilisation et plus fiable, avec une performance accrue pour un même volume donné par rapport à l'état de la technique.

Description de l'invention

[0008] Pour cela, la présente demande propose un dispositif de refroidissement apte à refroidir une source de chaleur comprenant des composants électroniques et/ou électriques.

[0009] Le système de refroidissement se caractérise en ce qu'il comprend un support composé d'une première platine jointe à une deuxième platine. La première platine comporte deux grandes faces opposées reliées entre elles par l'intermédiaire de bords latéraux. La première platine comporte au niveau d'une première grande face au moins une rainure s'étendant entre un premier bord latéral et un deuxième bord latéral opposé, la rainure comprend des premières portions parallèles ou sensiblement parallèles au premier bord latéral raccordées par des secondes. La rainure est recouverte par la deuxième platine de sorte à former un caloduc oscillant dans lequel circule un fluide caloporteur à changement d'état. Le support est courbé de manière à former au moins un conduit s'étendant du premier bord latéral jusqu'au deuxième bord latéral opposé, et au moins un conduit est partiellement obturé par une plaque en contact avec le premier bord latéral de sorte à permettre un écoulement naturel de l'air ambiant dans le ou les conduits formés par le support.

[0010] Le caloduc oscillant est donc délimité par la première et la deuxième platine, et non pas par un tube tel que décrit par le document FR3007122A1. Cette différence permet à la chaleur transportée par le fluide caloporteur de se diffuser à l'intérieur des deux platines jusqu'aux deux grandes faces opposées du support. Ce phénomène de diffusion permet de répartir la chaleur au niveau de toutes les faces du support pour augmenter de façon avantageuse la surface d'échange thermique entre le dispositif de refroidissement et l'air ambiant, sans qu'il soit pour cela nécessaire d'utiliser des ailettes d'échange thermique. Selon un autre avantage, le ou les conduits formés par le support favorisent un phénomène de convection naturel de l'air ambiant le long du support, sans qu'il soit pour cela nécessaire d'utiliser un ventilateur. La présente demande permet avantageusement de refroidir plus efficacement et plus simplement une source de chaleur de façon plus économique, pour un même volume d'occupation, par rapport à l'état de la technique.

[0011] De préférence, au moins un conduit délimité par le support a une hauteur favorisant un mouvement de convection naturel de l'air ambiant dans le conduit. Par le terme « hauteur », on entend une distance selon un axe normal à la plaque obturant un conduit. Pour cela, la hauteur d'un conduit est choisie de sorte que le différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur du conduit soit supérieur au phénomène de pertes de charge subit par l'air s'écoulant dans le conduit. La valeur de la hauteur dépend donc de la puissance de la source de chaleur et de la température ambiante. Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier bord et le deuxième bord latéral de la première platine sont écartés d'une distance comprise entre 1mm et 500mm, de préférence entre 10mm et 500mm. Les plages de valeurs mentionnées ci-dessus sont particulièrement adaptées pour refroidir une source de chaleur dont la puissance est comprise entre 10W et 300W, lorsque la température ambiante est inférieure à 90°C. L'homme du métier pourra aisément adapter la hauteur du conduit en fonction d'autres plages de valeurs souhaitées de façon empirique.

[0012] Le phénomène de pertes de charge mentionné ci-dessus dépend également de la distance entre deux spires adjacentes délimitées par le support, c'est-à-dire, de la largeur du conduit formé par lesdites spires. Par le terme « largeur », on entend une distance selon un axe normal à la hauteur du conduit. Afin de minimiser ce phénomène et avoir un dispositif compact, on opte pour un compromis entre la largeur du conduit et la largeur du dispositif de refroidissement. À titre d'exemple, la distance entre deux spires adjacentes peut être comprise entre 1mm et 300mm. Bien entendu, la valeur de cette distance peut également varier en fonction de la puissance de la source de chaleur, de la température ambiante et de la compacité souhaitée du dispositif.

[0013] Afin de favoriser une dissipation de la chaleur sur toute la largeur du dispositif de refroidissement, la longueur totale des premières portions est supérieure à la longueur totale des secondes portions.

[0014] De préférence, l'écart entre deux premières portions adjacentes d'une rainure est choisi de manière à permettre une diffusion homogène de la chaleur au niveau de la surface délimitant un conduit. Ainsi, la surface du conduit tend à avoir une température sensiblement homogène ce qui favorise un débit plus important d'air dans les conduits. Bien entendu, l'écart entre deux premières portions adjacentes dépend notamment de la quantité de chaleur à dissiper, des dimensions des rainures et du coefficient de conductivité thermique des platines. À titre indicatif, l'écart entre deux premières portions adjacentes peut être compris entre 1mm et 50mm, de préférence entre 1mm et 30mm. L'homme du métier peut envisager d'autres valeurs en fonctions des paramètres mentionnés ci-dessus.

[0015] Selon une variante de réalisation, l'écart entre deux premières portions adjacentes peut varier entre la première face latérale et la deuxième face latérale, de sorte que le caloduc oscillant puisse diffuser une plus grande quantité de chaleur au niveau des parties du support qui sont les plus éloignées de la plaque de conduction thermique. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque le coefficient de conductivité thermique du support est faible. En d'autres termes, les écarts entre les premières sections peuvent être adaptés de sorte à compenser une diffusion limitée de la chaleur dans le support.

[0016] Selon une autre variante de réalisation, la longueur des deuxièmes portions est inférieure à 30mm. En d'autres termes, les deuxièmes portions peuvent être plus longues que l'écart entre deux premières portions adjacentes de manière à former des portions courbes. De préférence, les deuxièmes portions ont un rayon de courbure favorisant l'écoulement du fluide caloporteur dans le caloduc oscillant. À titre d'exemple, le rayon de courbure peut être compris entre 1mm et 50mm, de préférence entre 5mm et 25mm.

[0017] Afin que les performances du dispositif de refroidissement ne dépendent pas de son orientation, le diamètre du caloduc est choisi de sorte que les forces capillaires s'exerçant sur le fluide à changement de phase soient supérieures aux forces exercées sur ledit fluide par la gravité. Bien entendu, le diamètre du caloduc dépend des caractéristiques du fluide caloporteur, par exemple de sa viscosité. À titre d'exemple, le diamètre hydraulique de la section de passage du caloduc peut être supérieur à 1mm et/ou inférieur à un diamètre équivalent à un nombre d'Eötvös de 4 pour le fluide caloporteur choisi.

[0018] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la première platine comporte au niveau d'une deuxième grande face au moins une rainure s'étendant du premier bord latéral au deuxième bord latéral opposé, en formant plusieurs coudes. La rainure comprend des premières portions parallèles ou sensiblement parallèles à un bord latéral raccordées par des secondes portions. La rainure est recouverte par une troisième platine de sorte à former un caloduc oscillant dans lequel circule un fluide caloporteur à changement d'état. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque le coefficient de conductivité thermique et/ou l'épaisseur de la première platine ne permet pas au caloduc oscillant de chauffer de façon homogène les grandes faces opposées du support.

[0019] Selon une variante de réalisation, au niveau de la deuxième grande face, la longueur totale des premières portions est inférieure à la longueur totale des secondes portions. Les premières portions de la rainure d'une grande face sont alors parallèles à un premier bord latéral de la première platine tandis que les premières portions de la rainure de l'autre grande face sont normales au premier bord de la première platine. Ainsi, la première grande face favorise une dissipation de la chaleur produite par la source de chaleur dans une direction parallèle ou sensiblement parallèle au premier bord latéral de la première platine. À l'inverse, la deuxième grande face favorise une dissipation de la chaleur dans une direction normale on sensiblement normale audit premier bord latéral. Cette variante favorise donc la dissipation de la chaleur dans des directions différentes sur chaque grande face de la première platine, ce qui permet d'optimiser une répartition plus homogène de la chaleur au niveau des faces externes du support.

[0020] Selon un autre mode de réalisation, la première platine peut comporter plusieurs rainures distinctes de sorte à former au moins un caloduc oscillant indépendant au niveau de chaque conduit formé par le support.

[0021] Selon une autre variante de réalisation, à température ambiante, le fluide caloporteur remplit entre 30% et 70% du volume du caloduc.

[0022] Selon un autre mode de réalisation, le support est courbé de sorte à former un serpentin à spires parallèles et/ou carrées et/ou circulaires, chaque spire délimitant un conduit permettant un écoulement de l'air ambiant le long du support.

[0023] Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de refroidissement peut comprendre un ou plusieurs moyens de mis en mouvement de l'air ambiant de sorte à augmenter de façon plus ou moins ponctuelle le débit de l'air dans les conduits. De façon avantageuse, ces moyens permettent d'augmenter de manière épisodique, par exemple, les capacités de refroidissement du dispositif afin de répondre à un pic de chaleur produite par ladite source.

[0024] La présente demande concerne également un dispositif de refroidissement décrit ci-dessus, dont la plaque est en contact avec une source de chaleur comprenant des composants électroniques et/ou électriques. De préférence, la source de chaleur a une puissance thermique comprise entre 10W et 300W.

[0025] Bien entendu, les caractéristiques, différentes variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes aux autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Description des figures

[0026] Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture des exemples de réalisation ci-dessous, en se référant aux dessins annexés suivants :

• la figure 1 illustre un système de refroidissement connu de l'état de la technique, utilisant un caloduc oscillant formé par un tube dans lequel un fluide caloporteur circule de manière puisée ;
• la figure 2 illustre une variante du dispositif de refroidissement de la figure 1, dans laquelle des ailettes d'échange thermique sont placées entre les spires formées par le tube ;
• la figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, comprenant un support enroulé en forme de serpentin, sur lequel repose une plaque de conduction thermique destinée à être en contact avec une source de chaleur à refroidir ;
• la figure 4 illustre une vue de dessus du dispositif de refroidissement représenté à la figure 3 ;
• la figure 5 illustre une coupe longitudinale du dispositif de refroidissement représenté aux figures 3 et 4 ;
• la figure 6 illustre une vue aplanie d'une platine formant le support du dispositif de refroidissement représenté aux figures 3 à 5 ;
• la figure 7 comprend un tableau dans lequel figurent les caractéristiques de plusieurs modes de réalisation de dispositifs de refroidissement selon l'invention ;
• la figure 8 illustre une autre variante de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon la présente demande.

Description détaillée de l'invention

[0027] Pour faciliter la compréhension de l'invention, les figures illustrant différents modes de réalisation de l'invention comprennent chacune un repère orthonormé avec une direction latérale X, une direction longitudinale Y perpendiculaire à la direction X et une direction verticale Z perpendiculaire au plan défini par les directions X et Y.

[0028] Un premier exemple de réalisation de l'invention est illustré à la figure 3. Plus précisément, la figure 3 présente un mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement 200 comprenant un support 210 enroulé en forme de serpentin, sur lequel repose une plaque 220 de conduction thermique destinée à être en contact avec une source de chaleur 300 à refroidir.

[0029] Le support 210 comprend une première grande face 211 et une deuxième grande face 212, toutes deux de surface plane et reliées entre elles par l'intermédiaire de bords latéraux de sorte que lesdites grandes faces soient parallèles entre elles. Le support 210 est courbé de manière à former des spires parallèles selon la direction longitudinale Y. Plus précisément, chaque spire forme un conduit 213 délimité alternativement par la première grande face 211 et la deuxième grande face 212. Lors de la mise en oeuvre du dispositif de refroidissement selon l'invention le conduit 213 forme une cheminée.

[0030] Comme illustré à la figure 4, la plaque 220 de conduction thermique est de forme rectangulaire et destinée à être en contact au niveau d'une face supérieure 221 avec une source de chaleur 300. La plaque 220 est fixée au niveau d'une face inférieure 222 à un bord latéral supérieur 214 du support 210. La plaque a pour fonction de transmettre la chaleur produite par la source de chaleur 300 au support 210. De ce fait, la plaque 220 est attachée au support 210 par brasage, soudure, collage ou tout moyen équivalent et adapté à la fonction recherchée.

[0031] Ainsi, la source de chaleur 300 chauffe par l'intermédiaire de la plaque 220 les parties du support 210 situées en dessous de la plaque. De ce fait, le support comprend des parties dites chaudes en dessous de la plaque 220, dans une zone centrale du serpentin selon la direction longitudinale Y, et deux parties dites froides non recouvertes par la plaque qui sont disposées de part et d'autre de la partie chaude selon la direction latérale X.

[0032] La figure 5 montre à présent une coupe longitudinale du support 210, dans un plan défini par les directions Y et Z. Le support comprend une première platine 230 et une deuxième platine 240, jointes ensemble au niveau de leur première grande face, respectivement 231 et 241. La première platine comporte au niveau de sa première grande face 231 une rainure 232 recouverte par la première grande face 241 de la deuxième platine, de sorte à former un même canal 250.

[0033] La figure 6 présente une vue aplanie de la première platine 230 afin de faciliter la compréhension pour le lecteur de l'agencement de la rainure 232 sur la première grande face 231. La rainure 232 s'étend entre deux bords latéraux opposés délimitant la première grande face 231. Plus précisément, la rainure s'étend entre un premier bord latéral 233 en contact avec la plaque 220 et un deuxième bord latéral 234 opposé. La rainure comprend des premières portions 235 parallèles ou sensiblement parallèles au premier bord latéral 233 reliées par des secondes portions 236. La rainure 232 présente ainsi une configuration en serpentin. De préférence, la longueur totale des premières portions est supérieure à la longueur totale des secondes portions. Dans le cas présent, les secondes portions forment des coudes mais elles pourraient aussi présenter une partie rectiligne normale aux premières portions.

[0034] Pour rappel, la présente demande propose un dispositif de refroidissement comprenant un caloduc pulsé, moins coûteux à réaliser, plus économique d'utilisation et plus performant, pour un même volume donné, par rapport à l'état de la technique.

[0035] Un dispositif de refroidissement selon l'invention est plus économique d'utilisation car il privilégie un refroidissement du support 210 par un phénomène de convection naturel de l'air ambiant le long du support. Pour cela, la hauteur « H » du support 210, définie selon la direction verticale Z et représentée sur la figure 5, est choisie de sorte que le différentiel de pression entre l'air ambiant se trouvant à proximité du support et l'air s'écoulant dans les conduits 213 soit supérieur au phénomène de pertes de charge subit par l'air s'écoulant dans les conduits 213. Ainsi, la hauteur « H » du support 210 est déterminée à partir de l'équation 1 suivante :

où,

• DP_statique correspond à la différence de pression de l'air ambiant au niveau du premier bord latéral 233 et au niveau du bord latéral 234 opposé de la première platine ;
• ρ_entrée correspond à la masse volumique de l'air à l'entrée des conduits 213 ;
• ρ_sortie correspond à la masse volumique de l'air à la sortie des conduits 213 ;
• g correspond au champ de pesanteur;
• H correspond à la hauteur du support 210 ;
• DP_friction correspond au phénomène de pertes de charge subit par l'air ambiant s'écoulant dans les conduits 213.

[0036] À partir de l'équation 1, on peut aisément définir une hauteur « H » pour le support 210 qui soit optimale pour refroidir le dispositif de refroidissement tout en limitant son encombrement. La hauteur « H » peut par exemple être comprise entre 10mm et 1000mm, de préférence comprise entre 100mm et 500mm, lorsque la source de chaleur à une puissance comprise entre 10W et 300W.

[0037] À partir de la valeur de la hauteur, on peut déduire la longueur totale « L » du support 210 (représentée sur la figure 6) de manière à dissiper la chaleur produite par la source de chaleur 300 au niveau de ses grandes faces 211 et 212. À titre d'exemple, la longueur totale du support 210 est choisie de sorte que la surface de sa première grande face 211 et de sa deuxième grande face 212 soit comprise entre 90mm et 4000mm, elle est de préférence égale ou inférieure à 1350mm, lorsque la source de chaleur à une puissance comprise entre 10W et 300W.

[0038] Bien entendu, les valeurs mentionnées ci-dessus dépendent de paramètres extérieurs comme par exemple de la puissance de la source de chaleur et de la température ambiante, mais aussi des paramètres intrinsèques au dispositif comme par exemple de son coefficient de conductivité thermique. De ce fait, l'invention ne se limite pas aux plages de valeurs mentionnées ci-dessus.

[0039] Afin d'optimiser le phénomène d'écoulement naturel de l'air ambiant dans les conduits 213 ou cheminées, on adapte l'écartement entre les spires formées par le support 210 en fonction des conditions de fonctionnement du dispositif de refroidissement. Par le terme écartement, on entend la distance « B » telle qu'illustrée à la figure 5, séparant deux faces du support 210 en vis-à-vis. L'écartement optimal « B » est défini par les équations suivantes 2 et 3 :

avec,

où,

• Ra correspond au nombre de Rayleigh ;
• H correspond à la hauteur du support 210 ;
• β correspond au coefficient d'expansion thermique de l'air présent dans les conduits 213 ;
• Ts correspond à la température du support ;
• Ta correspond à la température ambiante ;
• v correspond à la viscosité cinématique de l'air ambiant ;
• α correspond au coefficient de diffusivité thermique de l'air dans les conduits 213.

[0040] Ainsi, à partir des équations 2 et 3, on peut facilement définir une distance « B » optimale entre les faces délimitant chaque spire de sorte qu'un flux d'air suffisant passe à travers les conduits 213 pour refroidir le support 210. Bien entendu, la distance « B » dépend de la température ambiante et de la puissance de la source de chaleur à refroidir. La distance « B » peut par exemple être comprise entre 1mm et 300mm, de préférence entre 5mm et 100mm, lorsque la source de chaleur à une puissance comprise entre 10W et 300W.

[0041] Comme illustré à la figure 4, la plaque 220 de conduction thermique recouvre partiellement chaque conduit 213 afin de permettre une évacuation de l'air présent dans les conduits 213. Chaque conduit à une longueur « C » selon la direction latérale X supérieure à la longueur « C' » de la plaque 220. Le rapport entre les longueurs « C » et « C' » peut être supérieur à 0,02, de préférence compris entre 0,03 et 0,5. En d'autres termes, la plaque peut recouvrir moins de 50% de la surface de chaque conduit 213, de préférence recouvrir entre 10% et 40% de leur surface.

[0042] La plaque 220 de conduction thermique transmet la chaleur produite par la source de chaleur 300 au support 210. Afin de favoriser une répartition homogène de la chaleur dans le support 210, celui-ci comprend un canal 250 délimité par la première platine 230 et la deuxième platine 240. Plus précisément, le canal 250 à une section rectangulaire comme illustrée à la figure 5, néanmoins la section du canal peut avoir d'autres formes, bien que moins favorable à un écoulement d'un liquide dans le canal, de type circulaire, ovale ou triangulaire.

[0043] Afin de permettre un fonctionnement optimal du dispositif de refroidissement 200 quel que soit son orientation, le diamètre hydraulique du canal 250 est choisi de sorte que les forces capillaires s'exerçant sur un fluide présent dans ledit canal, dominent par rapport aux forces de gravité. De préférence, le diamètre hydraulique du canal est choisi pour que le canal 250 se caractérise par un nombre d'Eotvos au maximum égal à 4. À titre d'exemple, le diamètre hydraulique du canal 250 peut être inférieur à 3mm, de préférence compris entre 500µm et 2mm.

[0044] Comme illustré à la figure 6, le canal 250 comporte des premières portions 235 parallèles ou sensiblement parallèles au premier bord latéral 233 de la première platine 230. La distance entre deux premières portions adjacentes est choisie de manière à favoriser une diffusion homogène de la chaleur produite par la source de chaleur 300 au niveau des grandes faces 211 et 212 du support. Autrement dit, la distance entre deux premières portions est choisie de manière à minimiser la non-isothermalité ou, en d'autres termes, garantir une température uniforme entre les premières portions. Plus précisément, la valeur de cette distance est choisie de sorte que le gradient de température entre deux premières portions 235 adjacentes ne dépasse pas 5K. La valeur de cette distance « T » est selon le présent exemple, comprise entre 10mm et 150mm, de préférence comprise entre 50mm et 120mm.

[0045] La longueur totale du canal 250 est choisie de manière à dissiper suffisamment la chaleur produite par la source de chaleur 300 au niveau du support 210. Bien entendu, cette longueur totale dépend de paramètres extérieurs, comme par exemple de la puissance de la source de chaleur et de la température ambiante, mais aussi des paramètres intrinsèques au dispositif comme par exemple de sa surface, du nombre de conduits formés et de son coefficient de conductivité thermique. À titre d'exemple, la longueur totale du canal 250 peut être comprise entre 180mm et 4000mm, elle est de préférence égale ou inférieure à 300mm.

[0046] Le canal 250 renferme un fluide caloporteur 251 à changement d'état afin de former un caloduc oscillant 252, aussi connu sous la dénomination de « caloduc puisé » ou sous l'acronyme « PHP » pour « pulsating heat pipe » en terminologie anglaise. Le canal 250 est partiellement rempli de fluide caloporteur qui prend naturellement la forme d'une succession de bulles de vapeur et de bouchons de liquide lorsqu'il est chauffé. Le fluide caloporteur 251 est selon le présent exemple de l'acétone, remplissant 50% du volume du canal à température ambiante, c'est-à-dire à une température de l'ordre de 20°C.

[0047] Cette séparation de phases résulte principalement des forces de tension superficielle. Lorsque le caloduc oscillant 252 est chauffé dans une partie chaude et refroidi dans une partie froide, les écarts de température résultants génèrent des fluctuations de pression à la fois temporelles et spatiales, elles-mêmes associées à la génération et à la croissance de bulles de vapeur dans l'évaporateur et à leur implosion dans le condenseur. Ces fluctuations agissent comme un système de pompage permettant de transporter le liquide et les bulles de vapeur entre les parties chaudes et froides. Selon le présent exemple, les parties chaudes du caloduc oscillant se situent en vis-à-vis la plaque 220.

[0048] Afin de permettre une diffusion homogène de la chaleur dans le support 210, les platines 230 et 240 sont réalisées à partir d'un même matériau. De préférence, l'épaisseur des platines est la plus fine possible afin de minimiser la quantité de matière utilisée et permettre un pliage plus aisé du support 210 après que les deux platines soient jointes ensemble. Bien entendu, l'épaisseur de la première platine est suffisante pour permettre l'usinage du canal 250 dans la première grande face 231 de la première platine 230.

[0049] Selon une alternative non représentée, un deuxième canal peut être réalisé dans une première grande face 241 de la deuxième platine 240 de sorte que lesdits canaux se superposent et forment un même canal 250. Cette alternative permet avantageusement d'usiner des canaux moins profonds dans les platines, ce qui permet l'utilisation de platine de moindre épaisseur.

[0050] De préférence, les platines utilisées pour former le support 210 ont un coefficient de conductivité thermique élevé, de préférence supérieur à 150W.m^-1.K^-1 afin de dissiper rapidement la chaleur produite par la source de chaleur 300 dans le support 210. Selon un autre avantage, un support caractérisé par un coefficient de conductivité thermique important permet d'espacer plus largement les premières portions du canal 250. De ce fait, la longueur totale du canal peut être réduite ce qui offre une économie de temps et de coût lors de sa réalisation, cela permet également d'utiliser moins de fluide caloporteur 251. La platine est avantageusement métallique : elle peut être constituée préférentiellement d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium ou de cuivre.

[0051] Comme mentionné ci-dessus, un dispositif de refroidissement selon l'invention se caractérise par plusieurs paramètres décrits ci-dessus qui dépendent de la température ambiante ainsi que la puissance thermique dissipée par la source de chaleur 300. Le tableau 1 représenté à la figure 7 illustre plusieurs exemples de réalisation de l'invention à partir d'un dispositif tel que décrit ci-dessus. Plus précisément, chacun des exemples mentionnés dans le tableau 1 comprend une plaque 210 de conduction thermique en aluminium, dont l'épaisseur est de 3mm. Bien entendu, la plaque est centrée au milieu des conduits comme représenté à la figure 4. Les dispositifs de refroidissement décrit dans le tableau 1 se caractérisent également par un canal 250 de section carrée de 1,5mm de côté, rempli par un fluide caloporteur de type éthanol. La première et la deuxième platine ont chacune une épaisseur égale à 1,5mm. Les autres caractéristiques techniques de chaque mode de réalisation sont mentionnées dans le tableau 1. Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont envisageables en fonction d'autres puissances de source de chaleur et d'autres plages de température ambiante, de sorte que la présente demande ne se limite pas à ces exemples.

[0052] Selon une variante de réalisation, le support 210 peut avantageusement être fabriqué par une technique d'impression en trois dimensions, de préférence à partir de l'un des matériaux mentionnés ci-dessus. Ce mode de fabrication offre l'avantage de pouvoir réaliser des formes élaborées de serpentins sans qu'il soit pour cela nécessaire de courber mécaniquement le support 210. De ce fait, ce mode de fabrication permet la réalisation de formes de serpentin plus complexes tout en limitant le risque d'endommagement du support 210 lors de sa mise en forme.

[0053] Toutefois, les matériaux généralement utilisés pour l'impression en trois dimensions sont des matériaux à base de polymères synthétiques ou artificiels, se caractérisant par un coefficient de conductivité thermique faible limitant de ce fait la diffusion de la chaleur au niveau des grandes faces du support 210. Afin de résoudre cet inconvénient, la figure 8 montre un mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement 400 selon l'invention. Il est à noter que les numéros comportant les mêmes dizaines désignent des éléments dont les fonctions sont identiques ou similaires au dispositif 200 décrit ci-dessus.

[0054] Plus précisément, la figure 8 montre une coupe longitudinale du support 410, dans un plan défini par les directions Y et Z. Le dispositif de refroidissement 400 est similaire au dispositif de refroidissement 200 décrit ci-dessus, excepté le fait que le support 410 comprend une deuxième rainure 437 sur la deuxième grande face 438 de la première platine 430. La deuxième rainure 437 est obturée par une troisième platine 460 jointe à la première platine 430. En d'autres termes, le support 400 comprend un deuxième canal 451 présent entre la première platine 430 et la troisième platine 460. Le deuxième canal permet avantageusement à la chaleur produite par la source de chaleur 300 de chauffer de façon homogène le support 410 lorsque son coefficient de conductivité thermique est faible. La forme du deuxième canal 451 est de préférence identique à celui du premier canal 450. Toutefois, leur forme ainsi que leur agencement peuvent être différents ou complémentaires. De préférence, les platines recouvrant les rainures présentes de chaque côté de la première platine 430, sont d'épaisseur plus mince que l'épaisseur de la première platine afin de favoriser la diffusion de la chaleur à la surface du support 410.

[0055] Selon une autre alternative, la deuxième et la troisième platine peuvent être fabriquées à partir de matériaux dont le coefficient de diffusion thermique est supérieur à celui de la première platine. Par exemple, la première platine 430 peut être réalisée à base de polymères et les deuxième et troisième platines à base de métal tel que l'aluminium.

[0056] Afin de favoriser une meilleure diffusion de la chaleur dans le dispositif de refroidissement, un matériau d'interface thermique (graisse thermique, polymère conducteur thermique ou toute solution équivalente) peut être interposé entre un ou plusieurs éléments composant un dispositif de refroidissement décrit ci-dessus. À titre d'exemple, le matériau d'interface thermique peut être interposé entre les deux platines 230 et 240 et/ou entre la plaque 220 et le support 210.

[0057] Une source de chaleur 300 mentionnée ci-dessus peut désigner au moins l'un des éléments suivants : un dispositif d'éclairage comprenant des diodes électroluminescentes de puissance, un dispositif photovoltaïque, un circuit électronique, un composant électronique de puissance de type thyristor ou un transistor bipolaire à grille isolée, une batterie, une pile à combustible ou tout autre système de puissance.

[0058] Bien entendu, diverses autres modifications au dispositif selon l'invention peuvent être envisagées dans le cadre des revendications annexées.

Revendications

1. Dispositif de refroidissement (200, 400) apte à refroidir une source de chaleur (300) comprenant des composants électroniques et/ou électriques, caractérisé en ce qu'il comprend un support (210, 410) composé d'une première platine (230, 430) jointe à une deuxième platine (240, 440), la première platine (230, 430) comporte deux grandes faces opposées reliées entre elles par l'intermédiaire de bords latéraux, la première platine (230, 430) comporte au niveau d'une première grande face (231, 431) au moins une rainure (232, 432) s'étendant entre un premier bord latéral (233, 433) et un deuxième bord latéral (234, 434) opposé, la rainure comprend des premières portions (235, 435) parallèles ou sensiblement parallèles au premier bord latéral (233, 433) raccordées par des secondes portions (236, 436), la rainure (232, 432) est recouverte par la deuxième platine (240, 440) de sorte à former un caloduc oscillant (252, 452) dans lequel circule un fluide caloporteur (251, 451) à changement d'état, le support (210, 410) est courbé de sorte à former au moins un conduit (213, 413) s'étendant du premier bord latéral (233, 433) jusqu'au deuxième bord latéral (234, 434), au moins un conduit est partiellement obturé par une plaque (220, 420) de conduction thermique en contact avec le premier bord latéral (233, 433) de sorte à permettre un écoulement naturel de l'air ambiant dans le ou les conduits (213, 413) formés par le support (210, 410).

2. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier bord latéral (233, 433) et le deuxième bord latéral (234, 434) de la première platine (210, 410) sont écartés d'une distance comprise entre 1mm et 500mm.

3. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre deux spires adjacentes est comprise entre 1mm et 300mm.

4. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au niveau de la première grande face (231, 241), la longueur totale des premières portions (235, 435) est supérieure à la longueur totale des secondes portions (236, 436).

5. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'écart entre deux premières portions (235, 435) adjacentes est compris entre 1mm et 50mm.

6. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'écart entre deux premières portions (235, 435) adjacentes varie entre le premier bord latéral (233, 433) et le deuxième bord latéral (23, 434).

7. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la longueur des deuxièmes portions est inférieure à 30mm.

8. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du caloduc oscillant (252, 452) est choisi de sorte que les forces capillaires s'exerçant sur le fluide caloporteur (251, 451) soient supérieures aux forces exercées par gravité sur ledit fluide.

9. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première platine (430) comporte au niveau d'une deuxième grande face (438) au moins une rainure (437) s'étendant du premier bord latéral (433) au deuxième bord latéral (434) opposé, en formant un ou plusieurs coudes, et en ce que la rainure (437) comprend des premières portions (436) parallèles ou sensiblement parallèles au premier bord latéral (433) raccordées par des secondes portions (437), et en ce que la rainure (437) est recouverte par une troisième platine (460) de sorte à former un caloduc oscillant dans lequel circule un fluide caloporteur (451) à changement d'état.

10. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au niveau de la deuxième grande face (438), la longueur totale des premières portions (436) est inférieure à la longueur totale des secondes portions (437).

11. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à température ambiante, le fluide caloporteur (251, 451) remplit entre 30% et 70% du volume du caloduc oscillant.

12. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (210, 410) est courbé de sorte à former un serpentin à spires parallèles et/ou carrées et/ou circulaires, chaque spire délimitant un conduit (213, 413) permettant un écoulement naturel de l'air ambiant le long du support (210, 410).

13. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (220, 420) de conduction thermique est en contact avec une source de chaleur (300) comprenant des composants électroniques et/ou électriques.

14. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la source de chaleur a une puissance thermique comprise entre 10W et 300W.

Ansprüche

1. Kühlvorrichtung (200, 400), die eine Wärmequelle (300) kühlen kann und elektronische und/oder elektrische Bauteile umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Träger (210, 410) bestehend aus einer ersten Platine (230, 430), die an eine zweite Platine (240, 440) angefügt ist, umfasst, wobei die erste Platine (230, 430) zwei große gegenüberliegende Flächen umfasst, die über seitliche Kanten miteinander verbunden sind, wobei die erste Platine (230, 430) an einer ersten großen Fläche (231, 431) zumindest eine Nut (232, 432) umfasst, die sich zwischen einer ersten seitlichen Kante (233, 433) und einer zweiten gegenüberliegenden seitlichen Kante (234, 434) erstreckt, wobei die Nut erste Abschnitte (235, 435) umfasst, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur ersten seitlichen Kante (233, 433) verlaufen und über zweite Abschnitte (236, 436) verbunden sind, wobei die Nut (232, 432) durch die zweite Platine (240, 440) so bedeckt ist, dass sie ein schwenkbares Wärmerohr (252, 452) bildet, in der eine Wärmeträgerflüssigkeit (251, 451) mit veränderlichem Zustand fließt, wobei der Träger (210, 410) so gebogen ist, dass er zumindest eine Leitung (213, 413) bildet, die sich zwischen der ersten seitlichen Kante (233 433) und der zweiten seitlichen Kante (234, 434) erstreckt, wobei zumindest eine Leitung teilweise durch eine wärmeleitende Platte (220, 420), die in Berührung mit der ersten seitlichen Kante (233, 433) steht, bedeckt wird, sodass das natürliche Abströmen der Umgebungsluft in die vom Träger (210, 410) gebildete Leitung bzw. Leitungen (213, 413) möglich ist.

2. Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste seitliche Kante (233, 433) und die zweite seitliche Kante (234, 434) der ersten Platine (210, 410) 1 mm bis 500 mm zueinander beanstandet sind.

3. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Windungen zwischen 1 mm und 300 mm beträgt.

4. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten großen Fläche (231, 241) die Gesamtlänge der ersten Abschnitte (235, 435) größer ist als die Gesamtlänge der zweiten Abschnitte (236, 436).

5. Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden ersten Abschnitten (235, 435) zwischen 1 mm und 50 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei ersten nebeneinanderliegenden Abschnitten (235, 430) zwischen der ersten seitlichen Kante (233, 433) und der zweiten seitlichen Kante (23, 434) variiert.

7. Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der zweiten Abschnitte kleiner 30 mm ist.

8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des schwenkbaren Wärmerohrs (252, 452) so ausgewählt wird, dass die Kapillarkräfte so auf die Wärmeträgerflüssigkeit (251, 451) einwirken, dass sie größer als die durch Schwerkraft auf besagte Flüssigkeit ausgeübten Kräfte sind.

9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platine (430) an einer zweiten großen Fläche (438) zumindest eine Nut (437) umfasst, die sich von der ersten seitlichen Kante (433) bis zur gegenüberliegenden zweiten seitlichen Kante (434) erstreckt und dabei ein oder mehrere Winkel bildet, und dadurch, dass die Nut (437) erste Abschnitte 436) umfasst, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur ersten seitlichen Kante (433) verlaufen und über die zweiten Abschnitte (437) verbunden sind, und dadurch, dass die Nut (437) durch eine dritte Platine (460) so bedeckt wird, dass sie ein schwenkbares Wärmerohr bildet, in dem eine Wärmeträgerflüssigkeit (451) mit veränderlichem Zustand fließt.

10. Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtlänge der ersten Abschnitte (436) an der zweiten großen Fläche (438) kleiner ist als die Gesamtlänge der zweiten Abschnitte (437).

11. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerflüssigkeit (251, 451) das schwenkbare Wärmerohr bei Umgebungstemperatur zu 30 % bis 70 % des Volumens befüllt.

12. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (210, 410) so gebogen ist, dass er eine Spirale mit parallelen und/oder quadratischen und/oder runden Windungen bildet, wobei jede Windung eine Leitung (213, 413) abgrenzt, die das natürliche Abströmen der Umgebungsluft entlang des Trägers (210, 410) ermöglicht.

13. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Platte (220, 420) mit einer Wärmequelle (300) in Berührung ist, welche elektronische und/oder elektrische Bauteile umfasst.

14. Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle eine Wärmeleistung zwischen 10 W und 300 W hat.

Claims

1. A cooling device (200, 400) able to cool a heat source (300) comprising electronic and/or electric components, characterized in that it comprises a support (210, 410) consisting of a first bracket (230, 430) connected to a second bracket (240, 440), the first bracket (230, 430) includes two opposite large faces connected together through side edges, the first bracket (230, 430) comprises, at a first large face (231, 431), at least one groove (232, 432) which extends from a first side edge (233, 433) and a second opposite side edge (234, 434), the groove comprises first portions (235, 435) which are parallel or substantially parallel to the first side edge (233, 433) connected by second portions (236, 436), the groove (232, 432) is covered by the second bracket (240, 440) so as to form an oscillating heat pipe (252, 452) wherein a latent heat transfer fluid (251, 451) circulates, the support (210, 410) is curved so as to form at least one duct (213, 413) which extends from the first side edge (233, 433) to the second side edge (234, 434), at least one duct is partially closed by a heat conduction plate (220, 420) in contact with the first side edge (233, 433) so as to enable a natural flow of ambient air in the duct(s) (213, 413) formed by the support (210, 410).

2. A cooling device according to the preceding claim, characterized in that the first side edge (233, 433) and the second side edge (234, 434) of the first bracket (210, 410) are separated by a distance ranging from 1mm to 500mm.

3. A cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between two adjacent turns ranges from 1mm to 300mm.

4. A cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the total length of the first portions (235, 435) is greater than the total length of the second portions (236, 436), at the first large face (231, 431).

5. A cooling device according to the preceding claim, characterized in that the space between two first adjacent portions (235, 435) ranges from 1mm to 50mm.

6. A cooling device according to the preceding claim, characterized in that the space between two first adjacent portions (235, 435) varies between the first side edge (233, 433) and the second side edge (234, 434).

7. A cooling device according to the preceding claim, characterized in that the length of the second portions is less than 30mm.

8. A cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the oscillating heat pipe (252, 452) is so selected that the capillary forces exerted on the heat transfer fluid (251, 451) are higher than the gravity forces exerted on said fluid.

9. A cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the first bracket (430) includes, at the second large face (438), at least one groove (437) which extends from the first side edge (433) to the second opposite side edge (434), while forming one or more bend(s), and in that the groove (437) comprises first portions (436) which are parallel or substantially parallel to the first side edge (433) and connected by second portions (437), and in that the groove (437) is covered by a third bracket (460) so as to form an oscillating heat pipe wherein a latent heat transfer fluid (451) circulates.

10. A cooling device according to the preceding claim, characterized in that the total length of the first portions (436) is smaller than the total length of the second portions (437), at the second large face (438).

11. A cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that, at room temperature, the heat transfer fluid (251, 451) fills from 30% to 70% of the oscillating heat pipe volume.

12. A cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the support (210, 410) is curved so as to form a coil with parallel and/or square and/or circular turns, with each turn defining a duct (213, 413) enabling a natural flow of ambient air along the support (210, 410).

13. A cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat conduction plate (220, 420) is in contact with a heat source (300) comprising electronic and/or electric components.

14. A cooling device according to the preceding claim, characterized in that the heat source has a thermal output power ranging from 10W to 300W.

Dessins