Brevet FR2452078A1 — publié le 19801017

La présente invention a pour objet un dispositif radiateur de chaleur qui utilise pour son fonctionnement un cycle d'évaporationcondensation d'un fluide. Elle est particulièrement, quoique non exclusivement, applicable aux dispositifs radiateurs de chaleur prévus à bord des satellites artificiels ou analogues et, ciaprès, elle sera plus précisément décrite en rapport avec une telle application, quoique cela ne soit pas limitatif de sa portée. On sait qu'à bord de satellites artificiels sont montés des équipements électriques, électromagnétiques et électroniques dégageant de la chaleur au cours de leur fonctionnement et que, pour obtenir un refroidissement efficace de ces équipements, ce qui permet des gains de poids et d'encombrement, on utilise des dispositifs radiateurs de chaleur. Par ailleurs, ces dispositifs radiateurs de chaleur sont utilisés, par exemple pour les enveloppes des satellites, pour transférer la chaleur apparaissant dans les parties de ces enveloppes exposées à l'irradiation du soleil vers les parties de celles-ci disposées à l'ombre, de sorte qu'ils assurent une répartition plus homogène de la température dans lesdites enveloppes, ainsi que la dissipation dans l'espace, du côté à l'ombre desdits satellites de la chaleur emmagasinée par rayonnement. Généralement, de tels dispositifs radiateurs de chaleur fonctionnent selon le principe connu de transmission d'énergie thermique consistant en la répétition de cycles évaporation-condensation d'un fluide. L'énergie thermique appliquée en un point chaud de ces-dispositifs entraîne l'évaporation de la phase liquide du fluide et la phase vapeur qui en résulte se déplace vers un point froid de ceux-ci, où la chaleur est dissipée vers l'extérieur et où la phase vapeur se condense. La phase liquide condensée est ramenée du point froid vers le point chaud par capillarité. Ainsi le fluide effectue des allers et retours cycliques entre un point froid et un point chaud. Souvent, des points chauds et des points froids sont respectivement groupés pour former une source chaude et une source froide (les mots source chaude et source froide étant pris au sens thermodynamique) et, entre une source chaude et une source froide on ménage une pluralité de chemins d'aller et de retour différents pour le fluide. C'est ainsi par exemple que, dans le dispositif décrit par le brevet américain N04 118 756, on prévoit une pluralité de conduits de chaleur en parallèle faisant partie intégrante les uns des autres, alors que dans le dispositif de la demande de brevet français NO 2 193 960 (73 26429), ces différents chemins d'aller et retour sont formés dans une structure porteuse en nid d'abeilles. Dans ces dispositifs connus, les chemins d'aller-retour du fluide ou les conduits de chaleurs sont donc incorporés à une structure rigide et font partie intégrante les uns des autres. I1 en résulte donc que leur configuration est déterminée une fois pour toutes et qu'il est impossible, après fabrication, de l'adapter à des besoins légèrement différents de ceux prévus initialement. De même, si certains chemins d'aller ou de retour du fluide deviennent défaillants en cours de fonctionnement, il est impossible de les remplacer ou de les réparer.En outre, de tels dispositifs nécessitent des pièces spéciales intermédiaires entre l'équipement à refroidir et les chemins de conduction de chaleur, puisque ceuxci sont incorporés à leur structure, de telles pièces augmentant la masse des dispositifs et diminuant leurs performances thermiques, puisque disposées entre la source chaude et la source froide. Enfin, la structure et la conception de ces dispositifs les rendent onéreux. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a déjà pensé à constituer un dispositif radiateur de chaleur en assemblant sur un support, entre une source chaude et une source froide, une pluralité d'éléments de transfert individuels, allongés, montés en parallèle et fonctionnant chacun selon le principe de transfert par évaporation-condensation de fluide tel que décrit cidessus. De tels éléments individuels sont appelés "caloducs" dans la technique. De plus, le support forme souvent le radiateur, proprement dit. Cependant, pour qu'un dispositif radiateur de chaleur constitué de caloducs individuels, et donc indépendants dans le déroulement de leurs cycles, fonctionne correctement, il est indispensable de prévoir un répartiteur de chaleur entre lesdits caloducs. Un tel répartiteur est constitué.par une plaque conductrice de la chaleur, pourvue des empreintes en creux desdits caloducs et recouvrant le support de ceux-ci, de sorte que les caloducs, isole physiquement les uns des autres et en contact thermique avec les parois desdites empreintes, sont en contact thermique les uns avec les autres par l'intermédiaire de ladite plaque de répartition de chaleur. Toutefois, la présence d'une telle plaque de répartition de chaleur, usinée d'avance, ne permet pas une très grande souplesse dans la disposition et le nombre des caloducs portés par le support puisque toute modification attachée à ceux-ci entraîne obligatoirement une modification et, souvent un nouvel usinage, de ladite plaque. De plus, celle-ci empêche tout accès direct aux caloducs et oblige donc à l'utilisation des pièces spéciales intermédiaire. mentionnées ci-dessus entre l'équipement à refroidir et les caloducs. Enfin, une telle plaque de répartition de chaleur est massive et elle accroit donc la masse de l'ensemble du dispositif. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients de tous ces dispositifs connus. Elle se rapporte à un dispositif radiateur de chaleur, fonctionnant selon le principe des cycles évaporation-condensation d'un fluide décrit ci-dessus, et permettant - d'éviter l'incorporation des chemins d'aller et de retour du fluide dans la structure même du dispositif radiateur, ce qui entraine une économie de coûts et une grande souple se d'utilisation, - d'éviter l'utilisation de pièces massives d'adaptation ou de répartition de chaleur entre l'équipement à refroidir et les éléments de transfert de chaleur, ce qui permet une économie de masse, ainsi que - d'accroître les performances thermiques de l'ensemble en supprimant le nombre des pièces intermédiaires entre source chaude et source froide. A cette fin, selon l'invention, le dispositif radiateur de chaleu destiné à évacuer la chaleur d'au moins une source chaude et comportant, solidaires d'un support, une pluralité de caloducs individuels thermiquement reliés entre eux par un répartiteur de chaleur, est remarquable en ce que lesdits caloducs sont fixés sur une face dudit support de façon à pouvoir être mis au contact direct de ladite source chaude et en ce que ledit répartiteur de chaleur est formé par au moins un caloduc auxiliaire. La source chaude peut être disposée soit en bout desdits caloducs, soit sur ceux-ci. Ainsi, le dispositif radiateur de chaleur selon l'invention comporte au moins un réseau primaire de caloducs principaux chargés de transférer la chaleur à dissiper et au moins un réseau secondaire de caloducs auxiliaires d'quilibrage , destinés à répartir quasi-uniformément la chaleur transférée par les caloducs du réseau primaire. Par ailleurs, un réseau de caloducs auxiliaires peut être commun à deux ou plusieurs réseaux de caloducs principaux reliés à des sources chaudes différentes. On comprendra aisément que la structure des dispositifs radiateurs selon l'invention permet - des performances thermiques accrues, grâce au contact direct des caloducs du réseau primaire avec la source chau de et à la suppression de toutes pièces thermiques inter médiaires - une économie de masse, par suppression du répartiteur mas sif et remplacement par les caloducs du réseau secondaire, beaucoup plus légers, d'autant plus qu'étant donné les excellentes qualités de transfert de chaleur des caloducs, le réseau secondaire, pour être efficace, ne nécessite que quelques caloducs - une grande souplesse d'aménagement, d'intégration et du nombre des caloducs du réseau primaire sur le support, puisqu'on peut facilement faire varier la disposition et le nombre de ceux-ci au cours de l'étude et de la réalisation d'un projet, en fonction des modifications d'emplacements, de dispositions ou de nature des équipements à refroidir - une grande facilité pour remplacer un ou plusieurs caloducs défaillants, en cas de besoin - une économie de coûts, due à la simplicité de la structure. De façon connue, les caloducs peuvent présenter une configuration tubulaire allongée. Cependant, en vue, d'une part de leur fixation sur le support, et d'autre part de la liaison entre les deux réseaux de caloducs, il est avantageux que ceux-ci comportent des organes d'appui diamétralement opposés. Ces organes d'appui opposés peuvent être formés par des surfaces parallèles, qui, alors, servent également à la captation et à la dissipation de chaleur. De préférence, les caloducs principaux sont disposés parallèlement entre eux et il en est de même des caloducs auxiliaires, qui se trouvent par ailleurs transversaux aux caloducs principaux. Les caloducs auxiliaires peuvent être disposés à une extrémité des caloducs principaux , alors que la source chaude se trouve à l'autre extrémité de ceux-ci. En variante, les caloducs auxiliaires peuvent être disposés entre deux sources chaudes en contact avec les caloducs principaux. Avantageusement, on peut prévoir, pour accroître la surface radiative,des caloducs principaux non en contact direct avec une source chaude, mais en contact avec celle-ci par l'interme- diaire des caloducs auxiliaires. Les caloducs peuvent être fixés sur le support par boulonnage, rivetage, collage, brasure ou soudure. Par ailleurs, les contacts aux jonctions entre les caloducs principaux et auxiliaires ,entre les caloducs et les équipements ou entre les caloducs et le support peuvent être réalisés à- sec, avec des graisses de contact, avec des colles conductrices, ou des intercalaires métalliques, tels que des intercalaires d'indium, d'étain, de plomb, etc Le support peut être réalisé par une plaque métallique, par exemple en aluminium ou en un alliage léger, ou bien encore présenter une structure composite, telle qu'une structure en nid d'abeilles avec des semelles, par exemple métalliques ou en fibres de carbone. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre, en vue de dessus, un premier exemple de réalisation du dispositif radiateur de chaleur selon l'invention. La figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 illustre, en vue de dessus, un second exemple de réalisation du dispositif radiateur de chaleur selon l'invention. La figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. L'exemple de réalisation de radiateur de chaleur selon l'invention, illustré par les figures 1 et 2, comporte une plaque de support composite constituée d'une ame 1 en nid d'abeilles, recouverte de part et d'autre de semelles 2 et 3, par exemple des feuilles d'aluminium, qui en sont solidaires. Les caloducs individuels utilisés, aussi bien pour le transfert que pour la répartition de chaleur, comportent une âme tubulaire allongée, formant une enveloppe fermée dans laquelle se déroulent les cycles évaporation-condensation et retour du condensat, et deux faces d'appui parallèles et opposées, solidaires de ladite âme tubulaire. Les caloducs individuels utilisés présentent donc une section approximativement en forme de H. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, on a prévu deux sources chaudes 4 et 5, par exemple des équipements électroniques. Pour dissiper la chaleur engendrée par ces sources chaudes 4 et 5, on dispose respectivement sur la semelle thermiquement conductrice 2, un premier et un second réseaux 6 et 7 de caloducs principaux. Ces caloducs principaux reposent sur la semelle conductrice 2 par l'intermédiaire d'une de leurs faces d'appui et ils sont fixés sur le support 1, 2, 3 par boulonnage, rivetage, collage, brasure ou soudure, les contacts thermiques avec la semelle 2 étant assurés soit à sec, soit au moyen de graisse de contact, de colle conductrice ou d'intercalaires métalliques. La source chaude 4 est au contact direct des caloducs du réseau 6, en bout de celui-ci, tandis que la source chaude 5 est au contact direct des caloducs du réseau 7, en bout de celui-ci; les caloducs des réseaux 6 et 7 sont parallèles entre eux. Transversalement aux réseaux 6 et 7, est prévu un réseau 8 de caloducs auxiliaires destinés à la répartition de chaleur entre les caloducs desdits réseaux 6 et 7.Les caloducs auxiliaires du réseau 8 reposent sur les ailes deys caloducs des réseaux 6 et 7, opposées à la semelle 2. La fixation et le contact des caloducs du réseau 8 sur ceux des réseaux 6 et 7 sont obtenus de manière semblable à ce qui est décrit ci-dessus pour ces derniers réseaux. Par ailleurs, parallèlement aux caloducs des réseaux 6 et 7, sont prévus des caloducs 9 et 10, fixés directement sur la semell 2 de la façon indiquée ci-dessus, et sur lesquels reposent également les caloducs du réseau 8. Comme on le voit sur la figure 1, les caloducs des réseaux 6, 7, 8 sont, à l'intérieur de leur réseau respectif, au contact les un des autres et ces caloducs,ainsi d'ailleurs que les caloducs 9 et 10,peuvent comporter des échancrures latérales dans leurs ailes opposées à la semelle 2, afin de réaliser des économies de masse. Ainsi, la chaleur émise par les sources chaudes 4 et 5 est transmise à la semelle 2 par l'intermédiaire des caloducs des réseaux 6, 7, 9 et 10 , les caloducs des réseaux 8 assurant d'une part la répartition uniforme de chaleur entre les caloducs de ces réseaux et d'autre part permettant la liaison thermique entre les sources chaudes 4 et 5 et les réseaux 9 et 10. La chaleur communiquée à la semelle 2 est ensuite dissipée par celle-ci qui sert de radiateur. Dans l'exemple de réalisation des figures 3 et 4, on retrouve le support 1, 2, 3 précédemment décrit, ainsi que des caloducs à section en H. Sur la semelle 2 est fixé un réseau primaire 11 de caloducs principaux, sur lesquels reposent directement, deux sources chaudes 12 et 13 . Entre les sources chaudes 12 et 13 est prévu un réseau transversal 14 de caloduâs auxiliaires de répartition de chaleur, réposant sur les caloducs du reseau 12, ainsi que sur un caloduc 15 fixé sur la semelle 2, mais non au contact des sources chaudes 12 et 13. La chaleur émise par les sources chaudes 12 et 13 est transmise à la semelle 2 par les caloducs du réseau 11 et est répartie entre ceux-ci par les caloducs du réseau 14, qui par ailleurs transmettent une partie de cette chaleur au caloduc 15 , qui luimême la transfère à la semelle 2. Celle-ci peut donc servir de radiateur pour évacuer la chaleur des sources chaudes 12 et 13. De plus, comme on peut le voir sur la figure 4, le transfert de la chaleur de la semelle 2 vers la semelle 3 est effectué à travers une structure en nid d'abeille et également à travers les inserts 16 qui sont des points d'ancrage mécaniques. La chaleur ayant été répartie de la manière la plus uniforme possible au niveau de la semelle 2 grâce au réseau de caloducs, le transfert entre les semelles 2 et 3 s'effectue avec un très bon rendement. REVENDICATIONS 1.- Dispositif radiateur de chaleur destiné à évacuer la chaleur d'au moins une source chaude et comportant, solidaires d'un support, une pluralité de caloducs individuels-thermiquement reliés entre eux par un répartiteur de chaleur, caractérisé en ce que lesdits caloducs sont fixés sur une face dudit support de façon à pouvoir être mis au contact direct de ladite source chaude et en ce que ledit répartiteur de chaleur est forme par au moins un caloduc auxiliaire ,en contact direct avec lesdits caloducs thermiquement reliés à la source chaude. 2.- Dispositif radiateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce-qu'il comporte au moins un réseau primaire de caloducs principaux chargés de transférer la chaleur à évacuer et au moins un reseau secondaire de caloducs auxiliaires d'equilibrage, destinés à répartir quasi-uniformément la chaleur entre les caloducs du réseau primaire. 3.- Dispositif radiateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs réseaux de caloducs principaux et un réseau de caloducs auxiliaires, commun auxdits réseaux de caloducs principaux. 4.- Dispositif radiateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins les caloducs d'un réseau primaire comportent des organes d'appui opposés respectivement destinés à leur contact avec le support et avec les caloducs du réseau secondaire. 5.- Dispositif radiateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans un réseau primaire, les caloducs principaux sont disposés parallèlement les uns aux autres, en ce que, dans un réseau secondaire, les caloducs auxiliaires sont disposés parallèlement les uns aux autres et en ce que les caloducs auxiliaires sont transversaux aux caloducs principaux. 6.- Dispositif radiateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les caloducs auxiliaires sont disposés à une extrémité des caloducs principaux et en ce que la source chaude se trouve à l'autre extrémité de ceux-ci. 7.- Dispositif radiateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les caloducs auxiliaires sont disposés entre deux sources chaudes en contact avec les caloducs principaux. 8.-Dispositif radiateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un caloduc principal, non en contact direct avec une source chaude, mais au contact avec celle-ci par l'intermédiaire d'au moins un caloduc auxiliaire. 9.- Dispositif radiateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins la face du support en contact avec les caloducs principaux est conductrice de la chaleur pour servir à la radiation de celle-ci. 10.- Dispositif radiateur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les contacts thermiques entre caloducs principaux et auxiliaires, entre caloducs principaux et sources chaudes et entre caloducs principaux et le support sont réalisés à sec ou bien par l'intermédiaire de graisses de contact, de colles conductrices ou d'intercalaires métalliques.