Brevet FR2530078A1 — publié le 19840113

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT PAR CONVEXION NATURELLE D'AU MOINS UN COMPOSANT ELECTRIQUE OU ELECTRONIQUE ET APPAREIL UTILISANT UN TEL DISPOSITIF L'invention se rapporte a un dispositif de refroidissement par convexion naturelle d'au moins un composant électrique ou électronique et à un appareil utilisant un tel dispositif. Les composants électriques ou électroniques se composent généralement d'un support, d'une partie active de génération ou de traitement d'un signal électrique, et d'une surface prédéterminée pour l'évacuation des calories nécessairement produites dans la partie active Ces trois parties se confondent pour une résistance électrique alors qu'elles sont nettement séparées pour des ensembles complexes tels que par exemple les boitiers de transistors de puissance et les plaques d'interconnexion de dispositifs à circuits intégrés Dans ces montages complexes concernés par l'invention, les éléments actifs sont fixés à un support et sont en liaison, avec un radiateur sans ou par l'intermédiaire du support Le radiateur est une plaque de haute conductibilité thermique pourvue d'ailettes en vue d'accroître la surface effective de dissipation thermique pour le refroidissement de la partie active a laquelle le radiateur est relié. Pour le refroidissement, on emploie habituellement des ventilateurs pour produire un courant d'air froid sur les radiateurs Le refroidissement par convexion naturelle est par contre rarement utilisé La convexion est par définition le mouvement d'un fluide dû à une variation de la température La convexion naturelle au niveau d'une surface chaude est ce mouvement qui se produit naturelle- ment, c'est-à-dire sans brassage volontaire de l'air au niveau de cette surface Dans l'air ambiant, la convexion naturelle correspond a un mouvement ascentionnel, perpendiculaire à la surface chaude, des masses d'air -2- échauffées au niveau de cette surface L'expérience montre que la convexion naturelle ne peut évacuer que de faibles densités superficielles de chaleur, de sorte qu'elle n'est ordinairement utilisée que pour le refroidissement d'éléments discrets de faible puissance. L'invention vise une forme améliorée de la convexion naturelle pour refroidir au moins un composant électrique ou électronique. Selon l'invention, un dispositif de refroidissement par convexion naturelle d'au moins un composant électrique ou électronique dissipant par une surface prédéterminée une densité thermique superficielle donnée, est caractérisé en ce que ladite surface est entourée par une enveloppe ouverte à deux extrémités de part et d'autre de ladite surface, l'une de ces extrémités comportant un moyen de plus forte densité superficielle de dissipation thermique afin de créer dans l'enveloppe un effet de cheminée. L'invention concerne aussi un appareil utilisant un tel dispositif de refroidissement. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés. Dans les dessins _ la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un appareil mettant en oeuvre un exemple de réalisation de dispositif de refroidissement par convexion naturelle conforme à l'invention; et la figure 2 est une vue en coupe verticale selon la ligne II-II de l'appareil représenté sur la figure 1. -2530078 3- *En référence aux figures 1 et 2, un appareil ( 10) se présente sous la forme d'un bâti parallélépipédique rectangle ( 12), dont les parois latérales sont fermées et dont les parois inférieure et supérieure présentent des ouies ( 14) L'appareil ( 10) est supposé être un appareil de traitement de signaux électriques incorporant un bloc d'alimentation en énergie électrique ( 16) et quatre composants ( 181, 182, 201, 202). Le bloc ( 16) a une structure complexe, en ce sens qu'il comprend un support ( 16 a) fixé au bâti ( 12), une partie active ( 16 b) délivrant des tensions d'alimentation, et un radiateur ( 16 c) pourvu d'ailettes ( 16 d) Les deux compo- sants ( 18) -se présentent eux-mêmes sous la forme d'une plaque-support ( 18 a) fixée au bâti ( 12) et comportant un réseau conducteur d'interconnexion d'une partie active ( 18 b) composée de dispositifs à circuits intégrés, et d'un radiateur ( 18 c) pourvu d'ailettes ( 18 d) pour former une surface de dissipation donnée en vue de dissiper l'énergie calorifique dégagée par la partie active ( 18 b) De même, les deux composants ( 20) représentés constituent des boîtiers, composés d'un support ( 20 a) pour un élément actif ( 20 b) et d'une surface de dissipation ( 2 Oc). On définit la densité superficielle de dissipation. thermique d'un composant par le rapport de l'énergie calorifique produite par la partie active du composant relativement à la grandeur de la surface de dissipation thermique formée par le radiateur éventuellement pourvu d'ailettes On suppose ici par conséquent que la densité superficielle de dissipation thermique est faible pour les composants ( 20), moyenne pour les composants ( 18) et forte pour le composant ( 16). Selon une première caractéristique essentielle de l'invention, la surface de dissipation ( 20 c) du composant 4- ( 201) est entourée par une enveloppe ( 22) représentée en trait tireté, ouverte à deux extrémités situées de part et d'autre de la surface de dissipation ( 20 c) Dans l'exemple illustré, l'enveloppe ( 22) est -formée par les parois correspondantes du bâti ( 12) et par la plaque-support À ( 18 a) du composant ( 181) et ouverte à une extrémité par les ouies ( 14) et à son extrémité opposée Selon une seconde caractéristique essentielle de l'invention, cette extrémité opposée comporte un moyen de plus forte densité superficielle de dissipation thermique Ce moyen est ici formé par la surface de dissipation ( 18 c) du composant ( 181) Ainsi, la différence de température génératrice de la convexion est établie dans ce cas entre les deux composants ( 181) et ( 201), de sorte que le mouvement représentatif de la convexion s'établira suivant la flèche ( 24) pour créer dans l'enveloppe ( 22) un effet de cheminée, dont le tirage s'effectuera par les ouies ( 14) de la paroi inférieure ( 12 a) et dont la grandeur sera proportionnelle au gradient de température entre les composants -( 181) et ( 201). De même, la surface de dissipation formée par le radiateur ( 18 c) pourvu des ailettes ( 18 d) du composant ( 181) est entourée par une enveloppe ( 22 ') formée elle-même par le support ( 16 a>du composant ( 16) et par les parois correspondantes du bâti ( 12), une extrémité étant ouverte sur les ouies ( 14) de la paroi inférieure du bâti ( 12) par l'intermédiaire du composant ( 201) et de son enveloppe ( 22) et l'autre extrémité étant ouverte sur les ouies ( 14) de la paroi supérieure du bâti ( 12) et comportant un moyen à plus forte densité superficielle de dissipation thermique formé par le radiateur ( 16 c) du bloc d'alimentation ( 16) En disposant les supports ( 16 a, 18 a, a) proches les uns des autres sensiblement dans un même plan avec les surfaces de dissipation correspondantes ( 16 c, 18 c, 20 c) placées d'un même côté comme illustré, les deux enveloppes ( 22, 22 ') sont dans le prolongement l'une de l'autre en se recouvrant partiellement et constituent une même cheminée dans laquelle un courant d'air va se créer par convexion naturelle à cause des divers gradients thermiques suivant la flèche ( 24). Il en est de même pour les composants ( 16), ( 182) et ( 202), dont les surfaces de dissipation ( 16 c, 18 c, 20 c) sont proches l'une de l'autre et forment avec les parois du bâti ( 12) et les supports ( 18 a, 20 a) des composants ( 182, 202) des cheminées (non référencées) en alignement l'une de l'autre et dans lesquelles un courant d'air selon la flèche ( 24 ') sera produit par l'effet des divers gra- dients thermiques suivant la flèche ( 24 '). D'une manière générale, on comprend que l'invention consiste à disposer autour de la surface de dissipation une enveloppe ouverte à deux extrémités disposées de part et d'autre de la surface de dissipation et à placer à l'une de ces extrémités un moyen de plus forte densité superficielle de dissipation thermique afin de créer dans l'enveloppe un effet de cheminée Dans l'exemple illustré, le moyen de plus forte densité superficielle de dissipation thermique est formé par les composants ( 181, 182) pour les composants ( 201, 202), et par le bloc d'alimentation ( 16) pour les composants ( 181, 182) Mais il est évident que le moyen de plus forte densité superficielle de dissipation thermique peut être constitué par une source de chaleur ( 28) que l'on ajouterai aux composants de l'appareil ( 10), comme représenté par un trait tireté sur la figure 1 sous la forme d'une résistance électrique. D'autre part, il est aussi évident que l'enveloppe pourrait être un capot associé à au moins un composant, au lieu d'être constituée par les parois du bâti ( 12) qui 6- correspondent -aux composants ( 181, 201) et par les supports des composants voisins, comme dans l'exemple illustré En outre, des plaques de liaison ( 30) pourraient être prévues entre supports voisins et entre un support et le bâti, ou même étendues en substitution de ceux-ci, pour que la paroi de l'enveloppe soit pratiquement uniforme. 7 _- REVENDICATIONS 1 Dispositif de refroidissement par convexion naturelle d'au moins un composant électrique ou électronique ( 201) dissipant par une surface prédéterminée ( 20 c) une densité thermique superficielle donnée, caractérisé en -ce que ladite surface ( 20 c) est entourée par une enveloppe ( 22) ouverte à deux extrémités de part et d'autre de ladite surface,-l'une de ces extrémités comportant un moyen ( 181) de plus forte densité superficielle de dissipation thermique afin de créer dans l'enveloppe un effet de 1 o cheminée ( 24). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de plus forte densité superficielle de dissipation thermique est un autre composant. = 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de plus forte densité superficielle de dissipation est une source de chaleur supplémentaire ( 28). 4 Appareil ( 10), caractérisé en, ce qu'il incorpore un dispositif de refroidissement tel que défini par l'une des revendications 1 à 3.